物理学家将铁电性设计成著名的半导体系列

麻省理工学院的物理学家和同事通过操纵只有几个原子层厚的超薄材料，将一种新特性设计到了一个著名的半导体家族中。这项工作很重要，因为新材料本身可能在计算等方面有有趣的应用。此外，整体方法是通用的，可以应用于其他预先存在的材料，也扩大了它们的潜在应用。

半导体是像硅这样的材料，其导电性介于金属之间，允许电子非常有效地移动，而绝缘体(如玻璃)则阻碍了这一过程。它们是计算行业的基石。

目前工作中涉及的半导体材料被称为过渡金属二硫属化物(TMD)。麻省理工学院的团队表明，当两个单片 TMD(每片只有几个原子层厚)相互平行堆叠时，材料就会变成铁电体。在铁电材料中，正电荷和负电荷自发地流向不同的侧面或两极。在施加外部电场时，这些电荷会切换两侧，从而反转极化。在新材料中，所有这些都发生在室温下。

TMDs 已经因其有趣的电学和光学特性而闻名。研究人员认为，这些特性与新赋予的铁电性之间的相互作用可能会导致各种有趣的应用。

“在很短的时间内，我们已经设法极大地扩展了二维铁电体这个小而不断增长的家族，这是纳米电子学和人工智能应用前沿的一种关键材料，”塞西尔大学的 Pablo Jarillo-Herrero 说和 Ida Green 物理学教授和该工作的负责人，该工作在Nature Nanotechnology上进行了报道。Jarillo-Herrero 还隶属于麻省理工学院的材料研究实验室。

除 Jarillo-Herrero 外，论文的作者还有 MIT 物理学研究生王希瑞;Kenji Yasuda 和 Yang Zhang，麻省理工学院博士后;哥伦比亚大学的刘松;国立材料科学研究所的 Kenji Watanabe 和 Takashi Taniguchi;哥伦比亚大学的詹姆斯·霍恩和麻省理工学院物理学副教授梁福。

超薄铁电体

去年，Jarillo-Herrero 和许多相同的同事表明，当两个原子薄的氮化硼片相互平行堆叠时，氮化硼变成铁电体。在目前的工作中，研究人员将相同的技术应用于 TMD。

由氮化硼和 TMD 制成的超薄铁电体可能具有重要的应用，包括更密集的计算机内存存储。但它们很少见。随着Nature Nanotechnology报道的四种新的 TMD 铁电体的加入，它们都属于同一个半导体家族，“我们的室温超薄铁电体的数量几乎翻了一番，”Xirui Wang 说。此外，她指出，大多数铁电材料都是绝缘体。“很少有铁电体是半导体。”

下一步是什么?

“这不仅限于氮化硼和 TMD，”Kenji Yasuda 说。“我们希望我们的技术可用于将铁电性添加到其他预先存在的材料中。例如，我们可以为磁性材料添加铁电性吗?”

这项工作由能源部科学办公室、陆军研究办公室、戈登和贝蒂摩尔基金会、国家科学基金会、文部科学省 (MEXT) 资助，和学术振兴会。

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