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史建平/何军在晶圆尺寸新型二维多铁材料研究取得新进展
时间:2024-01-27 09:24:17点击量:

近日,Nature Communications(《自然通讯》)在线发表了高等研究院研究员史建平、物理科学与技术天博入口教授何军有关用于下一代信息存储的晶圆尺寸新型二维多铁材料的最新研究成果。

论文题目为“Robust multiferroic in interfacial modulationsynthesized wafer-scale one-unit-cell ofchromium sulfide”(《界面调制生长具有鲁棒多铁性的晶圆尺寸单晶胞Cr2S3》)。天博入口2021级博士研究生宋璐莹为文章第一作者,何军和史建平为共同通讯作者,武汉大学为论文第一署名和通讯作者单位。

二维多铁材料利用铁电序和磁序的交叉耦合,为低功耗信息存储器件的研制提供了一条新途径,被誉为未来信息存储的领航者。天博入口多铁材料的基础理论研究,多次问鼎诺奖风向标的“引文桂冠奖”。在二维半导体材料体系中实现铁电序和磁序的交叉耦合调控,可同时控制电子的输运、自旋和极化等属性,使得逻辑计算和信息存储功能集成在单一芯片上,成为了下一代信息技术发展的重要研究方向之一。然而,由于临界尺寸和去极化场的限制,以及材料生长过程的复杂,单晶胞二维多铁材料的晶圆尺寸单晶合成尚未取得突破。

在这项工作中,何军课题组和史建平课题组合作发展了一种界面调制的化学气相沉积方法,利用金属Cr原子诱导蓝宝石表面终止类型发生改变,并调制Cr2S3与蓝宝石的界面相互作用,进而实现了一英寸单晶胞Cr2S3晶畴取向的精确调控,这为二维非层状材料的单晶合成提供了新思路。与此同时,Cr2S3与蓝宝石表面的强相互作用促进了自插层Cr原子的定向迁移,打破了空间反演对称性,增强了Cr和S原子的p-d轨道杂化,最终获得了鲁棒的室温铁电和多铁性以及超高的剩余铁电极化值(32μC/cm2),这不仅为在原子尺度理解和调控多铁物性提供了理想研究平台,也为“后摩尔时代”新型低功耗信息存储器件的研发提供了新材料和新方案。

单晶胞Cr2S3的铁电和铁磁性

该工作得到了国家科学技术部、国家自然科学基金委、中央高校基本科研业务费专项资金的经费支持,也得到了武汉大学电镜中心和武汉大学纳米科学与技术研究中心的支持。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-44929-5

新闻链接:https://news.whu.edu.cn/info/1015/452447.htm



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