北理工團隊在二維鐵電材料研究中取得重要進展
發布日期：2022-01-31 供稿：宇航學院
編輯：趙亞康 審核：龍騰 閱讀次數：
近日，北理工宇航學院王學云、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變下Cu+離子誘導的可調控整流效應。相關成果以“Manipulation of Current Rectification in Van der Waals Ferroionic CuInP2S6”為題，發表于學術期刊《Nature Communications》。
近年來，能感知外界復雜環境刺激的離子型憶阻器是神經網絡學習領域的重要研究方向。其中的自整流性質須通過復雜的微納加工/集成來實現，因此容易出現結構不兼容、整流方向不能靈活調控、無法應用于雙向（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的單相離子型憶阻材料和調控方式。在此研究背景下，王學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)中整流效應的力學與電學調制方式。通過原子力掃描探針技術在CIPS材料中觀測到顯著的Cu+離子遷移以及離子誘導的可調控自整流效應（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同貢獻下，實現了電流整流行為的連續調控。在此基礎上，通過納米探針施加局部的機械應變和應變梯度，誘導壓電電場和撓曲電場調控界面肖特基勢壘，進而實現了電流整流行為的力學連續可調（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變場調控的自整流特性，使該材料對外界動態復雜環境變化具有靈敏的識別能力，是未來智能憶阻器和神經網絡學習的理想候選材料。
圖1 掃描速率和掃描方向調控的電流整流行為
圖2 應變/應變梯度調控的電流整流行為
北京理工大學宇航學院力學系博士后江興安為該論文第一作者，宇航學院力學系王學云副研究員、洪家旺教授與北京工業大學物理光電學院王曉蕾教授為本論文通訊作者，北京大學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，中國人民大學物理系夏天龍教授與博士生徐升對材料進行了結構、成分表征和分析。該研究得到了國家自然科學基金（12172047、92163101、12074018）、國家重點研發計劃青年項目(2019YFA0307900)、北京市自然科學基金重點項目（Z190011），以及北京理工大學科技創新計劃資助的支持。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28235-6
附作者簡介：
王學云，北京理工大學副研究員，博士生導師。中國人民大學物理系獲得學士學位，美國Rutgers, the State University of New Jersey獲得物理學博士學位。主要從事鐵電壓電，二維材料功能性疇結構的形成演化機制、多場（力，熱，電，磁，化學勢等）耦合調控機理與潛在應用的研究。發表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計劃青年項目與北京市自然科學基金重點研究專題。
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