中國(guó)粉體網(wǎng)訊 鐵電體和鐵磁體都是構(gòu)建非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的候選材料，而它們與半導(dǎo)體電路的結(jié)合仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。強(qiáng)鐵磁材料多為金屬，而傳統(tǒng)鐵電多為低電子遷移率的寬間隙絕緣體，它們?cè)诠枭系耐庋由L(zhǎng)受到晶格失配等界面問(wèn)題的影響。
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最近部分二維材料中鐵電或鐵磁性已在實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)，它們的原子級(jí)厚度和高電子遷移率利于高密度的集成和高速操作，并且與襯底的范德華界面允許晶格失配。目前二維材料中還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)磁鐵耦合的多鐵性。 通常關(guān)于數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，鐵磁讀易寫(xiě)難，鐵電寫(xiě)易讀難，多鐵材料則結(jié)合了兩者優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高效的“電寫(xiě)+磁讀”。
基于此，華中科技大學(xué)物理學(xué)院吳夢(mèng)昊教授課題組開(kāi)展了一系列關(guān)于二維鐵電/多鐵的理論研究。這項(xiàng)工作通過(guò)第一性原理計(jì)算提出了一種在高遷移率二維半導(dǎo)體特定區(qū)域中通過(guò)摻雜選擇性地誘導(dǎo)多鐵性的普適方法，主要基于近期實(shí)驗(yàn)合成的一系列二維層狀材料插層體系 ，比如NixMoS2和CuxBi2Se3。插層的3d金屬離子在MoS2這些二維半導(dǎo)體中同時(shí)產(chǎn)生了磁性和鐵電性，其耦合使得高密度高效的“電寫(xiě)磁讀”成為可能，并且可在室溫下穩(wěn)定存在。類似于稀磁半導(dǎo)體，通過(guò)這種摻雜可以形成特定的多鐵區(qū)域，實(shí)現(xiàn)多功能集成。其中鐵電金屬CuxBi2Se3還具有拓?fù)涑瑢?dǎo)性等有趣的性質(zhì)。通過(guò)控制離子的摻雜密度還可以調(diào)整插層系統(tǒng)的帶隙，從而產(chǎn)生隨空間變化的帶隙，用于光伏能夠比單一帶隙材料更有效地吸收光，同時(shí)鐵電極化還有望增加激子壽命和開(kāi)路電壓。
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