北理工團(tuán)隊(duì)在扭轉(zhuǎn)雙層MoS2極化網(wǎng)絡(luò)的局域調(diào)制與重構(gòu)研究中取得進(jìn)展
發(fā)布日期：2025-07-15 供稿：前沿交叉科學(xué)院 黃元 攝影：前沿交叉科學(xué)院
編輯：朱倩云 審核：鄭德智 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在二維材料的莫爾極化調(diào)控研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Local Regulation and Global Reconstruction of Polar Networks in Twisted Bilayer MoS2”為題發(fā)表于國(guó)際著名期刊《Science Bulletin》（IF: 18.9）。該工作首次系統(tǒng)揭示了在局部電場(chǎng)作用下，扭轉(zhuǎn)雙層MoS2（tBL-MoS2）中莫爾極化網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浔Ｗo(hù)調(diào)控機(jī)制及其在結(jié)構(gòu)擾動(dòng)后的自適應(yīng)全局重構(gòu)行為，為發(fā)展新型低功耗、高密度二維鐵電存儲(chǔ)器件提供了重要理論與實(shí)驗(yàn)支撐。
二維材料莫爾超晶格及其衍生物性因其獨(dú)特的周期調(diào)制效應(yīng)，聯(lián)結(jié)了拓?fù)渑c電子關(guān)聯(lián)兩大當(dāng)代量子物理主題。其中，莫爾極化因展現(xiàn)出獨(dú)特的可調(diào)性和鐵電響應(yīng)而備受關(guān)注。然而，目前對(duì)其調(diào)控手段仍主要集中在宏觀尺度，缺乏對(duì)鐵電疇及其疇壁在微觀電場(chǎng)調(diào)控下的深入理解，極大限制了其在高密度存儲(chǔ)器中的實(shí)際應(yīng)用潛力。
圖1 局部電場(chǎng)作用下莫爾極化的極化演化
為突破上述瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)借助高分辨率壓電響應(yīng)力顯微鏡（PFM）結(jié)合原位電場(chǎng)調(diào)控技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)tBL-MoS2中莫爾鐵電疇的局域調(diào)控和動(dòng)態(tài)演化追蹤。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，受局部電場(chǎng)調(diào)制影響，鐵電疇通過(guò)彎曲疇壁的方式發(fā)生演化而非傳統(tǒng)鐵電材料中的“全反轉(zhuǎn)”，展現(xiàn)出明顯的拓?fù)浔Ｗo(hù)特性。更為重要的是，在局部電場(chǎng)誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)缺陷作用下，莫爾極化網(wǎng)絡(luò)并未出現(xiàn)完全破壞，而是通過(guò)全局重新排列方式實(shí)現(xiàn)“自適應(yīng)重構(gòu)”，保持其周期性極化分布特征。
圖2 電場(chǎng)誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷后莫爾極化網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)性
此外，通過(guò)定量分析疇面積與疇壁曲率的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與現(xiàn)有理論的模型高度一致，為未來(lái)可控極化器件的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)提供了量化基礎(chǔ)。結(jié)合掃描探針下的動(dòng)態(tài)調(diào)制，研究團(tuán)隊(duì)還提出了電場(chǎng)誘導(dǎo)氣體聚集與界面應(yīng)力導(dǎo)致材料破裂的新機(jī)制，為未來(lái)器件封裝與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提供新思路。
綜上，該研究不僅突破了二維莫爾材料極化調(diào)控的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，還揭示了其拓?fù)浔Ｗo(hù)與自適應(yīng)調(diào)控行為，拓展了人們對(duì)莫爾極化體系動(dòng)態(tài)特性的認(rèn)識(shí)。這一成果為開發(fā)新型二維自修復(fù)鐵電器件與低功耗信息存儲(chǔ)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院王業(yè)亮教授與前沿交叉科學(xué)院黃元教授為本論文共同通訊作者，碩士研究生王嘉鍇為第一作者。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目資助。
論文詳情：Jiakai Wang, Xu Han, Guanchu Liu, Zihao Guo, Longshuo Gu, Jiahao Yan, Shiqi Yang, Chunsheng Hu, Chicheng Liu, Yunyun Dai, Xia Liu, Yuan Huang, Yeliang Wang, Science Bulletin, 2025, ISSN 2095-9273
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