云南大学胡万彪团队在Nature Communications发文揭示二维铁电材料离子占位与迁移机制
日期：
2024-11-26
浏览次数:
102
近日，云南大学胡万彪团队（现代工学院/材料与能源学院/电镜中心/云南省电磁材料与器件重点实验室）在Nature Communications发表题为“Atomic-level direct imaging for Cu(I) multiple occupations and migration in 2D ferroelectric CuInP2S6”的研究论文。二维范德华铁电材料因奇特的物理和量子现象，广泛应用于场效应晶体管（FET）、非易失性存储器、铁电隧道结（FTJ）等领域。二维单斜（Cc）结构的CuInP2S6（CIPS），因其四势阱可调节的室温铁电性，在电子器件领域得到了广泛的研究。CIPS的铁电极化与Cu(I）所在晶格的位置有较强的关联性。如图1a所示，CIPS由InS6八面体笼，Cu(I）子以及P-P对构成一个连续的层，层与层之间通过范德瓦尔斯力以ABAB的堆垛方式构成完整的二维晶体。在TC点以下，Cu(I）自发的占据位置I（位置III），导致晶体的空间反演对称性破缺；从而产生朝下（朝上）的自发极化。由于Cu(I）的可迁移性，在CIPS晶体当中存在着面外（OOP）和面内（IP）两种极化（图1b）。当施加外场（如电场、应力、热等）时，Cu(I）的占位可以切换，使极化方向与场方向对齐（例如，当外加电场向上时，所有Cu(I)离子都切换到III位置，使极化点向上）。目前，该材料仍有一些问题未得到解决，例如：有多少可能的位置可以容纳Cu(I）切换或额外迁移？除了位置I和III外，是否还有其他可能的占据位置？Cu(I）是否有可能迁移到间隙位置或层间位置？此外，Cu(I）以什么样的路径来进行迁移？显然，这些基本的结构和物理图像对于理解CIPS的铁电性质和极化开关机制至关重要。在本工作中，研究团队通过像差校正扫描透射电子显微镜（AC-STEM）对CIPS单晶进行了原子级直接成像，以精确跟踪沿（100）-CIPS电子束辐照下Cu(I）的动态行为（图1c）。结果表明，Cu(I）在外加电子辐照下具有多重占位，Cu(I）可以迁移到InS6八面体骨架之间的晶格、空位、间隙和层间位置，形成CuxInP2S6（x=2-4）局域结构。Cu(I）多重位置占据诱导的晶格应力导致层与层沿b轴方向滑移，产生1/ 6b晶格常数的晶面滑移。CuxInP2S6（x=2-4）是一种局域动态结构，当电子剂量大于50 e− Å−2时以亚稳态存在，从而产生的动态过程。这些发现揭示了Cu(I）在CIPS中迁移的潜在机制，为控制其铁电性能的基本过程提供了重要依据。云南大学材料与能源学院2021级博士研究生郭长金为该论文第一作者，现代工学院胡万彪研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、云南省“兴滇英才支持计划”云岭学者专项、云南省电磁材料与器件重点实验室（筹）、云南大学“双一流”建设专项、云南大学电镜中心的资助和支持。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54229-7
Hot News
/
相关推荐
2025
-
04
-
25
点击次数:
18
来源：厦门稀土材料研究中心在深空深海等极端环境下，核电池可替代传统化石能源、太阳能实现长时间电力供给。随着深空深海探测任务（火星探测、极地信标等国家重大需求）的不断深化，同位素热光伏电池（RTPV）成为有潜力实现千瓦级大功率输出的核电池首选。目前，美国、俄罗斯、日本等国家在RTPV系统开发上处于领先地位，而我国在该领域的开发尚处于起步阶段。在RTPV系统中，选择性发射体是决定能量转换效率的关键器件...
2025
-
04
-
25
点击次数:
19
来源：化学与分子工程学院过渡金属通常具有亲电性，呈现正价态。负价过渡金属配合物较为罕见，需要电子受体配体的支撑才能相对稳定，如铁族金属羰基配合物阴离子[Ni(CO)3]2-，此时过渡金属的价态仅为形式负价。即便如此，含形式负价的过渡金属配合物通常难以在常温固相条件下稳定存在，因此缺少过渡金属负价态的明确光谱学证据（X射线吸收光谱），限制了对过渡金属特殊负价态和亲核性的认识。近日，北京大学施祖进联...
2025
-
04
-
24
点击次数:
39
来源：清华大学出版社期刊中心选择性发射体是决定放射性同位素热光伏（RTPV）系统能量转换效率的关键部件之一。开发具有高选择性发射率、高光谱效率和优异高温稳定性的选择性发射体可以有效提高RTPV系统的能量转换效率和服役寿命。为了调节选择性发射率和光谱效率，制备了一系列与GaSb半导体匹配的Er(Ta1-xNbx)O4 (0≤x≤0.2)选择性发射体。所制备的Er(Ta1-xNbx)O4 (0≤x≤0...
2025
-
04
-
24
点击次数:
37
来源：北京理工大学近日，北京理工大学吕红金课题组在多金属氧簇导向的银团簇合成方面取得重要进展。相关成果以“Wearing Gigantic Silver Armor on Transition-Metal-Containing Polyoxometalates: Formation of Supertetrahedral Intercluster Compounds”为题发表在国际知名化学期刊《A...