近日，電子科技大學團隊和合作者在二維範德瓦爾斯材料中發現鐵電性與反鐵電性共存的現象，展示了三層 NiI2 的磁電效應，這項研究在二維多鐵領域內顯得尤為及時且意義重大，它不僅消除了該領域在二維多鐵性表徵測試方面存在的誤解，而且在二維多鐵材料領域取得了關鍵性進展。與此同時，研究人員還在原子層厚度極限條件下進行了精細實驗觀測。
在未來幾年裡，這項研究成果將釋放出巨大的潛在應用價值，特別是在自旋電子學、低功耗儲存器、邏輯器件以及存算一體技術等前沿領域。二維多鐵性材料，憑藉其獨一無二的“一體雙性”與“一體多能”特性，能夠實現鐵磁性與鐵電性的高效相互調控，從而為開發具有顛覆性意義的基礎器件鋪設了一條創新之路。這一突破有望從根本上同時突破“儲存牆”與“功耗牆”難題，為實現新一代超高能效超低功耗的計算晶片探索出顛覆性的發展方向。
本次研究的背景來源於多鐵性材料的廣泛應用潛力，特別是在超高能效和超低功耗儲存器與邏輯器件中的應用。傳統單相材料中鐵電性和磁性往往互相排斥，導致很難實現同時具備兩者的材料。因此，開發新的單相多鐵性材料成為當前的研究難題。而近年來二維磁體和鐵電體領域的突破性進展，為研究人員提供了探索二維極限下多鐵性的新機遇。他們的研究透過磁-光-電聯合測量，首次在三層 NiI2 材料中觀察到鐵電性與反鐵電性的共存現象，並揭示了其中的物理機制，這為進一步理解磁電耦合現象提供了新的視角。
研究人員表示：“在研究歷程中，最為刻骨銘心的時刻莫過於我們首次在實驗中親眼見證了鐵電性與反鐵電性之間奇妙而清晰的轉化現象。”在進行鐵電性測量的那一刻，結果展示出了鐵電狀態與反鐵電狀態之間的自如切換，這不僅有力地驗證了他們的科學假設，更為後續研究的深入推進奠定了基石。
日前，相關論文以《鐵電性和反鐵電性在二維範德華多鐵材料中的共存》（Coexistence of ferroelectricity and antiferroelectricity in 2D van der Waals multiferroic）為題發在 Nature Communications[1]，Yangliu Wu 是第一作者，電子科技大學的鄧龍江院士和彭波教授、中國人民大學季威教授、電子科技大學嚴鵬教授擔任通訊作者。
圖 | 相關論文（來源：Nature Communications）
在後續的研究計劃中，他們將繼續深入探索二維多鐵材料的磁電耦合機制，尤其聚焦於如何透過精準施加外部電場或磁場，來實現對鐵電性與磁性精確且高效的調控。進一步地，他們將深入探索提高其居里溫度的機制和方法，希望儘快將這些前沿材料應用於實用器件，積極探索它們在存算一體器件領域，尤其是低功耗、高效能儲存器與邏輯電路中的巨大應用潛力，推動這些源自實驗室的創新成果邁向實際應用的廣闊舞臺。
參考資料：
1.Wu, Y., Zeng, Z., Lu, H.et al. Coexistence of ferroelectricity and antiferroelectricity in 2D van der Waals multiferroic. Nat Commun 15, 8616 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53019-5
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