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科研进展

中心研究人员发现单原胞厚度铁电体

中心成员清华大学物理系季帅华助理教授和陈曦教授团队合作,在铁电薄膜方面取得重要进展,相关成果《原子级厚度碲化锡薄膜面内铁电性的发现》(Discovery of robust in-plane ferroelectricity in atomic-thick SnTe)发表在7月15日出版的《科学》(Science)上。

极化电荷在薄膜边缘引起的能带弯曲

铁电体在临界转变温度之下出现自发极化。物理系博士生常凯等同学成功利用分子束外延技术制备出了高质量、原子级厚度的SnTe薄膜,并利用扫描隧道显微镜(STM)观测到铁电畴、极化电荷引起的能带弯曲,以及STM针尖诱导的极化翻转,证明了单原胞厚度的SnTe薄膜存在稳定的铁电性。

实验表明该二维铁电体的临界转变温度高达270K,远高于体材料的98K,相变临界指数β为0.33。他们还发现2~4个原胞厚度的SnTe 薄膜具有更高的临界温度,其铁电性在室温下仍然存在。分析表明,量子尺度效应引起的能隙增大、高质量薄膜中缺陷密度以及载流子浓度的降低,是铁电增强的重要原因。同时,薄膜厚度的降低导致面内晶格增大在铁电性增强上起到部分作用。具有面内极化方向的SnTe铁电薄膜在电子器件方面有着潜在的广泛应用前景。

在此项工作中,理论分析由中心成员清华物理系段文晖研究组和美国麻省理工学院傅亮研究组完成,人民大学张清明研究组进行了拉曼光谱测量。常凯和刘军伟为论文共同第一作者。季帅华助理教授和陈曦教授为论文的共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金委、科技部、低维量子物理国家重点实验室和量子物质科学协同创新中心的支持。

相关链接:http://science.sciencemag.org/content/353/6296/274;http://science.sciencemag.org/content/353/6296/221


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