北理工團隊在二維鐵電材料研究中取得重要進展
發(fā)布日期：2022-01-31 供稿：宇航學(xué)院
編輯：趙亞康 審核：龍騰 閱讀次數(shù)：
近日，北理工宇航學(xué)院王學(xué)云、洪家旺教授團隊報道了在范德瓦爾斯鐵電體CuInP2S6中觀測到在電場或應(yīng)變下Cu+離子誘導(dǎo)的可調(diào)控整流效應(yīng)。相關(guān)成果以“Manipulation of Current Rectification in Van der Waals Ferroionic CuInP2S6”為題，發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》。
近年來，能感知外界復(fù)雜環(huán)境刺激的離子型憶阻器是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)領(lǐng)域的重要研究方向。其中的自整流性質(zhì)須通過復(fù)雜的微納加工/集成來實現(xiàn)，因此容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不兼容、整流方向不能靈活調(diào)控、無法應(yīng)用于雙向（正反電壓）操作模式等問題。因此，迫切需要探索自身具有本征離子活性、電流整流方向靈活可調(diào)的單相離子型憶阻材料和調(diào)控方式。在此研究背景下，王學(xué)云與洪家旺課題組報道了在一種單相離子型憶阻材料CuInP2S6 (CIPS)中整流效應(yīng)的力學(xué)與電學(xué)調(diào)制方式。通過原子力掃描探針技術(shù)在CIPS材料中觀測到顯著的Cu+離子遷移以及離子誘導(dǎo)的可調(diào)控自整流效應(yīng)（如圖1所示），并且通過改變掃描電壓大小、速率、方向等方式，在Cu+離子的可控遷移和界面肖特基勢壘的協(xié)同貢獻下，實現(xiàn)了電流整流行為的連續(xù)調(diào)控。在此基礎(chǔ)上，通過納米探針施加局部的機械應(yīng)變和應(yīng)變梯度，誘導(dǎo)壓電電場和撓曲電場調(diào)控界面肖特基勢壘，進而實現(xiàn)了電流整流行為的力學(xué)連續(xù)可調(diào)（如圖2所示）。該工作展示了范德瓦爾斯材料具有的電場和應(yīng)變場調(diào)控的自整流特性，使該材料對外界動態(tài)復(fù)雜環(huán)境變化具有靈敏的識別能力，是未來智能憶阻器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的理想候選材料。
圖1 掃描速率和掃描方向調(diào)控的電流整流行為
圖2 應(yīng)變/應(yīng)變梯度調(diào)控的電流整流行為
北京理工大學(xué)宇航學(xué)院力學(xué)系博士后江興安為該論文第一作者，宇航學(xué)院力學(xué)系王學(xué)云副研究員、洪家旺教授與北京工業(yè)大學(xué)物理光電學(xué)院王曉蕾教授為本論文通訊作者，北京大學(xué)物理系路建明教授和博士生牛銳銳對材料制備給予了幫助，中國人民大學(xué)物理系夏天龍教授與博士生徐升對材料進行了結(jié)構(gòu)、成分表征和分析。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（12172047、92163101、12074018）、國家重點研發(fā)計劃青年項目(2019YFA0307900)、北京市自然科學(xué)基金重點項目（Z190011），以及北京理工大學(xué)科技創(chuàng)新計劃資助的支持。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28235-6
附作者簡介：
王學(xué)云，北京理工大學(xué)副研究員，博士生導(dǎo)師。中國人民大學(xué)物理系獲得學(xué)士學(xué)位，美國Rutgers, the State University of New Jersey獲得物理學(xué)博士學(xué)位。主要從事鐵電壓電，二維材料功能性疇結(jié)構(gòu)的形成演化機制、多場（力，熱，電，磁，化學(xué)勢等）耦合調(diào)控機理與潛在應(yīng)用的研究。發(fā)表SCI論文75篇，包含Science, Nature Physics, Nature Materials, Nature Energy, Phys. Rev. Lett.等。主持國家自然科學(xué)基金青年項目與重大研究計劃（培育項目），參與科技部重大研發(fā)計劃青年項目與北京市自然科學(xué)基金重點研究專題。
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