第一作者：柳衡，赖清琳

通讯作者：曾华凌

通讯单位：中国科学技术大学

曾华凌，男，博士，于2006年本科毕业于中国科学技术大学物理系，2011年在香港大学物理系获得博士学位，2015年入选国家创新人才计划青年项目加入中国科学技术大学，现为微尺度物质科学国家研究中心教授、博士生导师。

论文速览

固体中普遍存在的挠电效应为控制超薄铁电体中的电极化提供了一种机械途径，消除了纳米尺度下巨大电场导致的潜在材料击穿。这种方法的挑战是任意实现，单向交换能力严重阻碍了这种实现。

本论文研究了在二维范德瓦尔斯铁电材料CuInP2S6（CIPS）中，通过纳米尖端压印技术，实现了对铁电极化和畴结构的机械、可逆和任意方向的切换。 利用范德瓦尔斯材料固有的柔韧性，研究者们展示了一种无需外加电压的铁电极化控制新方法。通过在弹性基底上施加纳米尖端压力，成功地在1 μm²的区域内无创地生成了侧尺寸约80 nm的人工铁电纳米畴，其密度高达31.4 Gbit/in²。这项工作突出了范德瓦尔斯铁电材料在数据存储和弹性电子学领域的应用潜力。

图文导读

图1：铁电极化的双向调制策略。

图2：通过压电力显微镜（PFM）验证了CIPS的铁电性，通过尖端压印技术实现的双向弹性电控制，包括向上和向下的极化状态。

图3：不同尖端加载力对畴结构的影响。

图4：非侵入性弹性电控制的过程，通过瞬时尖端压印实现了极化状态的切换，同时保持了样品形态的恢复。

图5：任意弹性电畴工程的实验实现，通过控制尖端压印的步长，实现了向上的条带状和方形铁电畴的人工写入。

总结展望

本研究成功实现了在二维范德瓦尔斯铁电材料中的纳米尺度铁电极化任意控制，为铁电材料的机械调控提供了新工具。通过非侵入性的方法，不仅能够实现高密度的铁电纳米畴，还能够通过机械方式进行写入和擦除操作。

这一发现不仅对铁电材料的基础研究具有重要意义，也为未来在数据存储和弹性电子学领域的应用开辟了新的可能性。此外，通过这种方法实现的铁电材料的机械调控，有望进一步扩展到电子、光学和磁性等其他物理性质的调控，为开发高性能的光电器件提供了新的思路。

文献信息

标题：Reversible flexoelectric domain engineering at the nanoscale in van der Waals ferroelectrics

期刊：Nature Communications DOI：10.1038/s41467-024-48892-z

第一作者：张晓东, Chenxi Huang, Zeyu Li

通讯作者：曾华凌 通讯单位：中国科学技术大学

论文速览

自从首次报道单层MoS2基晶体管以来，基于二维（2D）材料的原子级薄电子学取得快速进展，为解决硅器件小型化的瓶颈提供了一种替代方法。因此，金属电极和亚纳米厚的2D材料之间的可靠接触在决定器件性能方面变得至关重要。本论文讨论了2D材料基原子级薄电子学领域的快速发展，特别是在硅器件小型化瓶颈问题上的突破。 本文强调了金属电极与亚纳米级厚的2D材料之间可靠接触的重要性，并提出了一种新颖的全堆叠方法，通过机械转移预沉积的金属电极，实现了高质量范德华（vdW）接触的2D器件制备。该技术适用于复杂设备的集成，尺寸可达晶圆级，并可通过选择性转移金属来调节界面结的电特性。研究结果提供了一种高效、可扩展且低成本的2D电子技术，允许高密度设备集成，并为vdW材料的基础研究提供了便利工具。

图文导读

图1：电极转移和全堆积法图解。

图2：具有堆叠和沉积金属电极的ReS2场效应晶体管（fet）的电性能。

图3：10 × 10 mm2 ML MoS2 FET阵列的电子性能。

图4：多层结构的全堆叠2D器件。

图5：金属和支撑衬底间界面态的理论计算。

总结展望

本研究展示了一种全新的全堆叠方法，用于2D材料的通用器件集成，优化了界面范德华接触，并可扩展至晶圆级。该方法不仅提高了器件制造效率和产量，降低了大规模基于2D材料的器件展示的门槛，而且为未来工业集成2D材料提供了新概念，允许高密度器件集成，并研究vdW材料的内在输运性质。

结果表明，通过选择不同金属电极，可以优化2D器件中的界面肖特基势垒高度，并通过全堆叠方法制造具有垂直多层结构的2D器件，从而提高了器件性能。

文献信息

标题：Reliable wafer-scale integration of two-dimensional materials and metal electrodes with van der Waals contacts

期刊：Nature Communications DOI：10.1038/s41467-024-49058-7