首次观察到：原生铁电金属！具有双稳态和自发极化态
首次观察到：原生铁电金属！具有双稳态和自发极化态Original 博科园 科学科普
天文物理 2 days ago
首次观察到：原生铁电金属！在2019年7月5日发表在《科学进展》上的研究中，澳大利亚科学家公布了对原生铁电金属的首次观察：一种具有双稳态和电可切换的自发极化状态的原生金属——铁电特征。研究发现，在室温条件下，体晶双碲化钨(WTe2)中原生金属丰度与铁电性共存。一种金属和铁电体材料，在室温下呈块状结晶，具有纳米电子应用的潜力。
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这项研究代表了第一个具有双稳态和电可切换的自发极化状态的原生金属，这是铁电的特征。研究作者Pankaj Sharma博士解释说：我们发现在室温下，块状晶体双碲化钨(WTe2)中原生金属度和铁电性共存。通过对WTe2晶体结构、电子输运测量和理论考虑的系统研究，证明了铁电状态在外部电偏置下是可切换的，并解释了WTe2中‘金属铁电’的机制。范德瓦尔斯材料是金属和铁电体的晶体形式，在室温下具有新的纳米电子应用潜力。
铁电背景资料铁电可以看作是铁磁性的一个类比，铁磁性材料表现出永久磁性，用外行人的话说，就是一块北极和南极的“磁铁”。铁电材料同样表现出一种类似的电性质，称为永久电极化，它起源于电偶极，由相等但相反的两端或极组成。在铁电材料中，这些电偶极子存在于单元级，产生不消失的永久电偶极矩。这种自发电偶极矩可以通过外部电场在两种或两种以上等效状态或方向之间反复转换。
这种特性在许多铁电技术中得到了应用，例如纳米电子计算机存储器、RFID卡、医用超声波传感器、红外摄像机、潜艇声纳、振动和压力传感器以及精密执行器。传统上，铁电性被观察到存在于绝缘材料或半导体材料中，而不是金属材料中，因为金属中导电电子屏蔽了由偶极矩引起的静态内部场。
这项研究
2019年7月，一种室温铁电半金属发表在《科学进展》上。散装单晶钨二碲化物（WTe 2）属于一类称为过渡金属二硫化物（TMDCs）的材料，通过光谱电传输测量，导电原子力显微镜（c-AFM）探测，以确认其金属行为并且通过压电响应力显微镜（PFM）来绘制偏振图，检测由于施加的电场引起的晶格变形。铁电畴，即极化方向相反的区域，可以在新分裂的WTe2单晶中直接观察到。
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采用电容几何形状的顶电极光谱- pfm测量方法，研究了铁电极化的开关特性。该研究得到澳大利亚研究理事会通过ARC未来低能耗电子技术卓越中心(FLEET)提供的资金支持，部分工作是在澳大利亚政府研究培训计划奖学金计划的协助下，利用澳大利亚国家制造设施新南威尔士州节点的设施进行。第一原理密度泛函理论(DFT)计算(内布拉斯加大学)证实了由国家科学基金会支持WTe2铁电不稳定性的电子和结构起源的实验结果。
铁电研究在FLEET (ARC未来低能源电子技术卓越中心)，人们对铁电材料进行了深入研究，以了解它们在“CMOS”技术之外的低能源电子领域的潜在用途。例如：铁电材料的可切换电偶极矩，可以用作人工拓扑绝缘体中基础二维电子系统的栅极。
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与传统半导体相比，铁电电子偶极矩与原子晶体中电子气体的距离非常近(亚纳米)，这确保了更有效的切换，克服了传统半导体的局限性，因为传统半导体的导电通道埋在表面以下几十纳米。拓扑材料是在研究主题1中进行研究的，该主题旨在建立超低阻电子通路，从而创造新一代超低能电子产品。
博科园｜研究/来自：FLEET
参考期刊《科学进展》DOI: 10.1126/sciadv.aax5080
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