在今天发表在Science Advances上的一篇论文中，新南威尔士大学的研究人员描述了对天然铁电金属的首次观察。
该研究代表了具有双稳态和电可切换自发极化状态的原生金属的第一个例子 - 铁电性的标志。
“我们在室温下发现了大块结晶钨二碲化物(WTe 2)中天然金属性和铁电性的共存，”研究作者Pankaj Sharma博士解释道。
“我们通过对晶体结构，电子传输测量和理论考虑的系统研究，证明铁电状态可在外部电偏压下切换，并解释了WTe 2中 '金属铁电性'的机制。”
“范德瓦尔斯材料在室温下呈大块结晶形式的金属和铁电材料，具有新的纳米电子应用的潜力，”作者Feixiang Xiang博士说。
铁电背景
铁电性可以被认为是铁磁性的类比。铁磁材料显示出永久磁性，而在非专业术语中，它只是一个具有北极和南极的“磁铁”。铁电材料同样显示出称为永久电极化的类似电特性，其源自由相等但相反电荷的端或极组成的电偶极子。在铁电材料中，这些电偶极子存在于晶胞级并产生非消失的永久电偶极矩。
这种自发电偶极矩可以在施加外部电场时在两个或多个等效状态或方向之间重复转换 - 在许多铁电技术中使用的属性，例如纳米电子计算机存储器，RFID卡，医疗超声换能器，红外摄像机，潜艇声纳，振动和压力传感器以及精密执行器。
通常，在绝缘或半导体而非金属的材料中观察到铁电性，因为金属中的传导电子屏蔽了由偶极矩引起的静态内部场。
研究
室温铁电半金属在2019年7月的Science Advances上发表。
散装单晶钨二碲化物(WTe 2)属于一类称为过渡金属二硫化物(TMDCs)的材料，通过光谱电传输测量，导电原子力显微镜(c-AFM)探测，以确认其金属行为并且通过压电响应力显微镜(PFM)来绘制偏振图，检测由于施加的电场引起的晶格变形。
铁电畴 - 即具有相反取向的极化方向的区域 - 在新切割的WTe 2单晶中直接可视化。
使用电容器几何结构中的顶部电极的光谱-PFM测量来证明铁电极化的切换。
该研究得到了澳大利亚研究理事会通过ARC未来低能耗电子技术卓越中心(FLEET)的资助，该项工作部分使用了澳大利亚国家制造工厂新南威尔士州节点的设施，澳大利亚政府研究培训计划奖学金计划的协助。
第一原理密度泛函理论(DFT)计算(内布拉斯加大学)证实了由国家科学基金会支持的WTe 2铁电不稳定性的电子和结构起源的实验结果。
在FLEET的铁电研究
铁电材料在FLEET(未来低能耗电子技术的ARC卓越中心)中得到了极大的研究，因为它们可用于低能耗电子产品，超越CMOS技术。
铁电材料的可切换电偶极矩可以例如用作人造拓扑绝缘体中下面的2D电子系统的栅极。
与传统半导体相比，铁电电子偶极矩与原子晶体中电子气的非常接近(亚纳米)接近确保了更有效的开关，克服了传统半导体的局限性，其中导电沟道埋在数十纳米以下。表面。
在FLEET的研究主题1中研究拓扑材料，该主题旨在建立超低电阻电子路径，以创建新一代超低能量电子器件。
FLEET是ARC资助的研究中心，汇集了100多位澳大利亚和国际专家，开发新一代超低能耗电子产品，其动力源于减少计算能耗。