北理工團隊在扭轉(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
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近日,北京理工大學(xué)科研團隊在二維材料的莫爾極化調(diào)控研究領(lǐng)域取得重要進展,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調(diào)控機制及其在結(jié)構(gòu)擾動后的自適應(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器件提供了重要理論與實驗支撐。
二維材料莫爾超晶格及其衍生物性因其獨特的周期調(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)出獨特的可調(diào)性和鐵電響應(yīng)而備受關(guān)注。然而,目前對其調(diào)控手段仍主要集中在宏觀尺度,缺乏對鐵電疇及其疇壁在微觀電場調(diào)控下的深入理解,極大限制了其在高密度存儲器中的實際應(yīng)用潛力。

圖1 局部電場作用下莫爾極化的極化演化
為突破上述瓶頸,研究團隊借助高分辨率壓電響應(yīng)力顯微鏡(PFM)結(jié)合原位電場調(diào)控技術(shù),首次實現(xiàn)了對tBL-MoS2中莫爾鐵電疇的局域調(diào)控和動態(tài)演化追蹤。實驗發(fā)現(xiàn),受局部電場調(diào)制影響,鐵電疇通過彎曲疇壁的方式發(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特性。更為重要的是,在局部電場誘導(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,而是通過全局重新排列方式實現(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,通過定量分析疇面積與疇壁曲率的關(guān)系,實驗數(shù)據(jù)與現(xiàn)有理論的模型高度一致,為未來可控極化器件的精準(zhǔn)設(shè)計提供了量化基礎(chǔ)。結(jié)合掃描探針下的動態(tài)調(diào)制,研究團隊還提出了電場誘導(dǎo)氣體聚集與界面應(yīng)力導(dǎo)致材料破裂的新機制,為未來器件封裝與穩(wěn)定性設(shè)計提供新思路。
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與自適應(yīng)調(diào)控行為,拓展了人們對莫爾極化體系動態(tài)特性的認(rèn)識。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技術(shù)奠定了堅實基礎(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。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院創(chuàng)新團隊等項目資助。
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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