曼彻斯特大学国家石墨烯研究所(NGI)和国家物理实验室(NPL)的一组研究人员证明，略微扭曲的二维过渡金属二硫化物(TMD)显示出室温铁电性。

这一特性与TMD出色的光学特性相结合，可用于构建多功能光电器件，例如具有纳米级内置存储功能的晶体管和LED。

铁电体是具有两种或多种电极化状态的材料，可以通过施加外部电场进行可逆切换。这种材料特性非常适合非易失性存储器、微波器件、传感器和晶体管等应用。直到最近，室温下的平面外可切换铁电体仅在厚度超过3纳米的薄膜中实现。

二维异质结构

自2004年分离出石墨烯以来，学术界的研究人员已经研究了各种具有广泛令人兴奋的特性的新型二维材料。这些原子级薄的二维晶体可以相互堆叠，形成所谓的异质结构——具有定制功能的人造材料。

最近，来自NGI的一组研究人员与NPL合作证明，在2°的扭转角以下，原子晶格会物理重建以形成由局部累积应变边界隔开的完美堆叠双层的区域(或域)。对于彼此平行堆叠的两个单层，创建了镜面反射三角形域的镶嵌图案。最重要的是，两个相邻域具有不对称的晶体对称性，导致它们的电子特性不对称。

室温下的铁电开关

在这项发表在NatureNanotechnology上的工作中，该团队证明了在双层TMD中使用低角度扭转主体界面铁电性产生的畴结构。开尔文探针力显微镜显示相邻域是相反极化的，并且电传输测量表明在室温下可靠的铁电转换。

该团队继续使用来自背散射电子的信号开发一种增强对比度的扫描电子显微镜(SEM)技术。这使得可以在原位施加电场的同时以非侵入方式对域结构的变化进行成像，从而提供有关域切换机制如何工作的基本信息。发现分离相反极化域的边界根据所施加电场的符号膨胀和收缩，并导致极化状态的显着重新分布。

这项工作清楚地表明，扭曲自由度可以允许创建具有定制和多功能特性的原子级薄光电子器件。

定制二维材料的广泛范围

主要作者AstridWeston说：“我们可以证明这种简单的扭曲工具可以在2D晶体中设计新的特性，这非常令人兴奋。有多种2D晶体可供选择，它为我们提供了几乎无限的空间来创造完美定制人造材料。”

合著者EliGCastanon博士补充说：“能够使用KPFM和SEM观察具有纳米厚度的结构中铁电畴的模式和行为是非常令人兴奋的。表征技术的进步以及形成的广泛可能性二维材料的新型异质结构为许多行业实现纳米级新能力铺平了道路。”