清華大學(xué)物理系研究人員發(fā)現(xiàn)單原胞厚度鐵電體

清華新聞網(wǎng)7月15日電 清華大學(xué)物理系季帥華助理教授和陳曦教授團(tuán)隊(duì)合作，在鐵電薄膜方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果《原子級(jí)厚度碲化錫薄膜面內(nèi)鐵電性的發(fā)現(xiàn)》（Discovery of robust in-plane ferroelectricity in atomic-thick SnTe）發(fā)表在7月15日出版的《科學(xué)》（Science）上。

鐵電體在臨界轉(zhuǎn)變溫度之下出現(xiàn)自發(fā)極化。物理系博士生常凱等同學(xué)成功利用分子束外延技術(shù)制備出了高質(zhì)量、原子級(jí)厚度的SnTe薄膜，并利用掃描隧道顯微鏡（STM）觀(guān)測(cè)到鐵電疇、極化電荷引起的能帶彎曲，以及STM針尖誘導(dǎo)的極化翻轉(zhuǎn)，證明了單原胞厚度的SnTe薄膜存在穩(wěn)定的鐵電性。

實(shí)驗(yàn)表明該二維鐵電體的臨界轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)270 K，遠(yuǎn)高于體材料的98 K，相變臨界指數(shù)β為0.33。他們還發(fā)現(xiàn)2～4個(gè)原胞厚度的SnTe 薄膜具有更高的臨界溫度，其鐵電性在室溫下仍然存在。分析表明，量子尺度效應(yīng)引起的能隙增大、高質(zhì)量薄膜中缺陷密度以及載流子濃度的降低，是鐵電增強(qiáng)的重要原因。同時(shí)，薄膜厚度的降低導(dǎo)致面內(nèi)晶格增大在鐵電性增強(qiáng)上起到部分作用。具有面內(nèi)極化方向的SnTe鐵電薄膜在電子器件方面有著潛在的廣泛應(yīng)用前景。

在此項(xiàng)工作中，理論分析由段文暉研究組和美國(guó)麻省理工學(xué)院傅亮研究組完成，人民大學(xué)張清明研究組進(jìn)行了拉曼光譜測(cè)量。常凱和劉軍偉為論文共同第一作者。季帥華助理教授和陳曦教授為論文的共同通訊作者。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、低維量子物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心的支持。

極化電荷在薄膜邊緣引起的能帶彎曲。

相關(guān)鏈接：

http://science.sciencemag.org/content/353/6296/274

http://science.sciencemag.org/content/353/6296/221

供稿：物理系 編輯：李華山