物理系研究人员发现单原胞厚度铁电体

 

        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