둘

Nature 617권, 67~72페이지(2023)이 기사 인용

21,000번의 액세스

4 인용

121 알트메트릭

측정항목 세부정보

강유전성 재료는 자발적인 반전 대칭 파괴에 의해 유도되는 비휘발성 전환 가능 전기 분극으로 인해 매혹적입니다. 그러나 기존의 모든 강유전성 화합물에서는 분극 전환을 지원하기 위해 적어도 두 개의 구성 이온이 필요합니다. 여기서 우리는 질서 있는 전하 이동과 부격자 사이의 규칙적인 원자 왜곡이 동시에 일어나는 흑린 유사 비스무트 층3에서 단일 원소 강유전성 상태의 관찰을 보고합니다. 기본 물질에서 일반적으로 발생하는 균질한 궤도 구성 대신 흑색 인과 같은 Bi 단층의 Bi 원자가 약하고 이방성 sp 궤도 혼성화를 유지하여 전하 재분배와 함께 반전 대칭이 깨진 버클 구조를 발생시키는 것을 발견했습니다. 단위 셀에서. 결과적으로, Bi 단층에서 면내 전기 분극이 나타난다. 스캐닝 프로브 현미경으로 생성된 평면 내 전기장을 사용하여 강유전성 스위칭을 실험적으로 더욱 시각화합니다. 전하 이동과 원자 변위 사이의 결합 잠금으로 인해 우리는 전자 구조와 전기 분극 간의 경쟁에 의해 유도된 180° 꼬리-꼬리 도메인 벽에서 변칙적인 전위 프로파일을 관찰합니다. 이 새로운 단일 요소 강유전성은 강유전체의 메커니즘을 확장하고 미래에 강유전체의 응용을 풍부하게 할 수 있습니다.

강유전체는 비휘발성 메모리4 및 전기 센서5에서의 응용으로 잘 알려져 있으며, 그 응용은 효율적인 재생 에너지 수확6을 위한 강유전성 광전지 영역과 강력한 뉴로모픽 컴퓨팅7을 위한 시냅스 장치 영역으로 확장되었습니다. 최근 강유전체에 대한 연구는 단위 셀 두께의 페로브스카이트 강유전체, 면내 또는 면외 단일층 강유전체를 포함하여 뚜렷한 성능을 갖춘 2차원(2D) 한계로 확장되었습니다8,9,10 반 데르 발스 스태킹에 의한 분극 및 2D 모아레 강유전체.

일반적으로 강유전성 재료는 두 개 이상의 서로 다른 구성 요소1,2로 구성된 화합물입니다. 화학 결합 형성 중 전자 재분배는 원자가 궤도를 즉시 재규격화하고 음이온 및 양이온 중심을 생성합니다. 단위 셀의 양전하 중심과 음전하 중심 사이의 추가 상대 왜곡, 슬라이딩 또는 전하 이동은 강유전성을 유지하기 위해 전기 쌍극자의 순서를 생성합니다. 대조적으로, 기본 물질의 단위 셀에 있는 원자는 동일하기 때문에 규칙적인 전기 쌍극자 또는 심지어 강유전성 분극도 자발적으로 형성되기 어려운 것 같습니다. 단일 요소 강유전성의 실현은 아직까지 실험적 증명이 부족합니다. 그럼에도 불구하고, 주기율표에서 금속과 절연체 사이에 위치한 원소는 2D Sn2Bi 벌집 구조의 Sn 원자가 이진 상태를 나타내는 것과 같이 하나의 시스템에서 여러 상태를 채택할 수 있는 유연한 결합 능력을 보여줍니다. 원소 붕소에서도 부격자 간 전하 이동을 통한 이온성은 각 부격자(B12 및 B2)의 서로 다른 결합 구성으로 인해 발생하는 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 요소의 금속 상태와 절연 상태 사이의 미묘한 균형은 서로 다른 부격자 환경에 의해 쉽게 이동되므로 두 상태가 단위 셀에서 동시에 실현될 수 있으며 단일 셀에서 강유전성을 달성하기 위해 단위 셀에서 양이온과 음이온을 생성할 수 있는 가능성을 제공합니다. 요소 재료. 최근 일부 이론적 연구는 Si(참조 23), P(참조 24,25), As(참조 25), Sb(참조 25,26) 원소의 단일 원소 극성 또는 강유전성을 탐구하는 데 전념해 왔습니다. Te(참조 27) 및 Bi(참조 25,26). 특히 Xiao et al. 2D 반 데르 발스 형태의 V족 단일 원소 물질군, 즉 이방성 α상 구조의 단층 As, Sb 및 Bi는 양이온과 단위 셀의 음이온은 안락의자 방향을 따라 평면 내 강유전성 분극을 생성합니다.