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二碲化钨:第一种能够“铁电翻转”的二维材料

日前,华盛顿大学研究团队发现,二维形态的单层二碲化钨(WTe2)叠加为双层时,会出现自发电极化现象(一层带正电,另一层带负电),并且可以通过外加电场进行翻转。该研究成果发布在《自然》杂志上。

华盛顿大学研究团队从二碲化钨的三维晶体形态,制造并分离出了单层二碲化钨。据了解,二碲化钨是目前已知的第一种存在“铁电翻转”现象的二维材料。在此之前,科学家们只在电绝缘体中发现过“铁电翻转”。然而二碲化钨并非电绝缘体,而是一种不良金属。

二碲化钨存在“铁电翻转”现象

论文资深编辑、华盛顿大学物理学教授大卫?科布登(David Cobden)表示:“在二碲化钨中发现‘铁电翻转’非常令人惊讶。大家并非是在刻意寻找它,而是在发现奇特现象后进行了假设,并通过实验进行了验证。”具有铁电性质的材料在存储器、电容器和传感器等方面均有潜在应用价值。

“将铁电体视为大自然的转变,”科布登说,“铁电材料的极化状态意味着材料内部的电荷分布不均匀,当发生‘铁电翻转’时,电荷一起移动,而不是像基于晶体管的人工电子开关那样。”

根据科布登的说法,二碲化钨可以在室温下保持稳定的“铁电翻转”,不会随着时间推移而衰退。这与许多传统的三维铁电材料截然不同。这些特性可以使得二碲化钨成为比其他铁电化合物更小、应用更为广泛的技术材料。

铁电转换是Cobden和他的团队对单层WTe 2进行的第二次重大发现。在2017年自然物理学论文中,该团队报告说这种材料也是一种“拓扑绝缘体”,这是具有这种奇特性质的第一种二维材料。科布登及其同事计划继续探索单层二碲化钨材料的秘密,希翼有更令人兴奋的发现。

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