半导体等材料如此受追捧的特性源于其原子的连接方式，深入了解这些原子配置可以帮助科学家设计新材料或以新的、不可预见的方式使用现有材料。
莱斯大学材料科学家Yimo Han和合作者绘制了由锡和硒原子制成的二维 铁电材料的结构特征，展示了域(材料中分子具有相同取向的区域)如何影响材料的行为。
“铁电材料广泛应用于存储器 和传感器等应用，它们可能会越来越有助于构建下一代纳米电子学和内存计算，”汉实验室的莱斯大学研究生 、该论文的主要作者史楚桥说。 发表在《自然通讯》上的一项研究。“这是因为二维铁电材料具有卓越的性能，其特点是原子厚度和增强的集成能力。”
在铁电材料中，分子被极化，并且它们也基于极化而分离和排列。此外，二维铁电体会响应电刺激而改变形状——这种现象称为挠曲电。在本研究的重点锡硒晶体中，分子自组织成斑块或域，挠曲电效应导致它们移动，从而引起材料的结构变化，从而影响其性能和行为。
“了解原子结构和电极化之间的复杂关系非常重要，这是铁电材料的一个关键特征，”材料科学和纳米工程助理教授韩说。“这种与领域相关的结构对于工程师了解如何最好地使用该材料并依靠其特性来设计应用程序非常有用。”
与原子被刚性晶格束缚的传统铁电体不同，在 Han 和 Shi 研究的亚硒酸锡晶体中，将原子束缚在一起的力较弱，使原子晶格更加柔软和顺从。
“这种材料属于一种特殊的二维材料，称为范德华铁 电体，其特性可用于设计下一代超薄数据存储设备和传感器，”施说。“范德华力比化学键弱 ——它们与壁虎克服重力和爬墙的力是一样的。
“这种二维材料的软面内晶格与相对较弱的层间范德华力相结合，产生了独特的结构景观。这些独特的结构特征产生了二维铁电体独有的效应，而块状铁电体则不存在这种效应。”
二维范德华铁电体中原子晶格的灵活性或自由度更大，使得绘制极化与材料结构之间的关系变得更加困难。
“在我们的研究中，我们开发了一种新技术，使我们能够同时观察面内应变 和面外堆叠顺序，这是以前对该材料的常规研究无法做到的，”韩说。韩说：“我们的研究结果将彻底改变二维范德华铁电体的领域工程，并将其定位为未来先进设备开发的基本构建模块。”
该研究得到了国家科学基金会(2239545、1231319、2132105、1753054、2039380、1719875)、韦尔奇基金会(C-2065)、能源部(DE-SC0020042、DE-SC0023353)和德克萨斯农工大学高性能研究中心的支持研究计算。
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