存储器应用需要具有可切换电性能的材料，比如u盘。由香港理工大学(理大)领导的研究小组在纳米材料中实现了一种广受欢迎的电行为。预计电子制造商将表现出浓厚的兴趣，因为有价值的铁电特性可以以前所未有的轻松方式大规模复制。

任何物质的单原子厚层——最著名的是石墨烯，由原子薄的碳构成——都可能具有与大块材料截然不同的特性。将这些层叠加在一起可能会产生新的属性，而这些属性在各自的层中是不存在的。理大纳米材料学系讲座教授及应用物理学系系主任刘伟强教授带领研究小组，研究了二硫化钼和二硫化钨(MoS2和WS2)两层叠层材料。令人兴奋的是，这些材料不仅表现出压电效应，而且还表现出铁电效应。

铁电材料具有固有的电极化，可以通过简单地施加电流来切换。在两种状态之间“切换”的能力使它们在传感器、电容器和数据存储方面具有广泛的应用。电子工业对开发超薄器件特别感兴趣，这种器件基于铁电体，即使在纳米尺度下生产也能保持其特性。到目前为止，这已被证明是一个主要障碍。

与纯MoS2或WS2的单分子层相比，这两种化合物的纳米级堆叠产生了强烈的铁电响应。研究小组通过调整堆叠角度，制造出了不同版本的双分子层——类似于一个钟面可能覆盖在另一个钟面上，两个12点钟的钟面要么对齐，要么移位。两种叠置双分子层均表现出较强的压电性和铁电性。

为了验证MoS2/WS2的可切换极化，研究人员完成了一项令人印象深刻的“畴写”壮举。在薄材料的三角形薄片中，他们建立了一个可以在原子显微镜下看到的方中方的图案。由于两个极化区域的电压相反，较小的内正方形(直径约为一微米)与较大的外正方形明显不同。

这并不是关于异质结构双层中奇异电行为的第一份报告，在异质结构双层中，两层由不同的化学物质组成。通常，压电和铁电性取决于这些材料微妙的几何细节。这使得它们难以在工业规模上持续生产。特别是，传统的异双分子层往往具有moiré模式(以一种精细织物命名)，这是由于两层具有相似但不完全相同的晶体结构的堆叠。

moiré效应很吸引人，但研究人员排除了它作为MoS2/WS2压电性和铁电性的解释。尽管两层原子间的距离略有不同，但它们相互适应以产生完美对齐的堆叠，没有moiré干扰所需的微小扭曲或差异。理大团队的过程只是简单地将MoS2和WS2“烘焙”在一起，让两层自发堆积。

事实上，具有相同晶体结构但不同原子类型的两层的完美堆叠是电学性质的关键。根据物理学，铁电性只有在这种材料具有一定对称性(或者说是缺乏对称性)的情况下才能产生。与两个相同的层相比，WS2上的MoS2堆栈没有对称中心(形式上是反转中心)，也缺乏其他几个对称转换。这种对称性的打破使得材料在一层相对于另一层轻微滑动时显示出铁和压电性。

刘伟强教授说:“高科技产业，例如电脑记忆体，将会受惠于这种新型纳米级铁电体。当制造规模扩大时，这些原子薄双分子层的低成本、低能源需求和忠实的可重复性有望推进现代电子技术的前沿。”

理大与中国人民大学、剑桥大学和南京大学的研究人员合作进行了这项研究。这项研究发表在《科学》杂志上。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。