Nature Commun：SnS材料in-plane铁电性能研究

纳米技术

2020-05-19

二维范德瓦尔斯铁电材料目前在纳米电子学领域展现出具有较好的应用潜力，虽然目前在低至单层二维材料的面外（out-of-plane）铁电转换材料中取得了一些进步，但是目前还没有开发出单层二维面内（in-plane）铁电材料。目前东京大学Kosuke Nagashio等在毫米大小的单层SnS材料中发现了面内铁电性能，SnS是一种具有奇/偶相关特性的二维材料，只有当SnS材料的奇数（odd-number）层中心对称效应被破坏，SnS才会表现出铁电性能。但是当SnS的层数低于15层，奇数和偶数层的SnS都能体现较强的室温铁电性能。这个结果说明，通过控制多层SnS的堆叠顺序，能很好的调控铁电性质。本工作为开发纳米尺度界面内铁电平台提供了经验。

本文要点：

（1）材料合成。通过分子束外延生长方法生长SnS材料，但是简单的气相沉积方法无法控制材料的层数，因此作者通过在PVD生长过程中控制SnS脱附过程，在控制生长过程中的压力和温度，实现了精确控制SnS的层数/厚度。通过极性Raman、SHG光谱测试，结果显示SnS和Ag电极之间的强Schottky接触抑制了SnS材料中电流的流通，进而低于15层的SnS在室温中产生铁电性能。本工作说明，通过调节多层SnS的堆叠顺序，有效的控制二维材料的铁电性能。通过调控SnS中产生铁电性能，SnS将来可能应用于热电和压电器件中。作者发现9层SnS材料的矫顽电场达到~25 kV cm^-1，这个数值和块体SnS材料的栅极引发的非中心对称数值可比拟（~10.7 kV cm^-1）。这个数值比单层SnS材料的理论计算值（1.8×10³ kV cm^-1）更低。这种区别通常可能是由于SnS和基底之间热扩散系数不同导致SnS中存在移动畴壁或晶格应变导致。

参考文献

Naoki Higashitarumizu, Hayami Kawamoto, Chien-Ju Lee, Bo-Han Lin, Fu-Hsien Chu, Itsuki Yonemori, Tomonori Nishimura, Katsunori Wakabayashi, Wen-Hao Chang & Kosuke Nagashio*

Purely in-plane ferroelectricity in monolayer SnS at room temperature. Nature Commun. 2020, 11, 2428

DOI：10.1038/s41467-020-16291-9

https://www.nature.com/articles/s41467-020-16291-9