無疲勞鐵電材料創(chuàng)制?有望實現(xiàn)存儲器無限次數(shù)擦寫
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】作為一類常見的功能材料，鐵電材料因晶體正負電荷中心不重合，產(chǎn)生電偶極矩，從而具有自發(fā)電極化的性質，被廣泛應用于各種電子設備中。近年來，利用鐵電材料制備的各類器件常被用于在高溫高壓、高頻震動、高強磁場、高強輻射等復雜環(huán)境下執(zhí)行存儲、傳感、驅動、能量轉換等關鍵任務。然而，傳統(tǒng)的鐵電材料存在一個嚴重的問題，即隨著極化翻轉次數(shù)的增加，其極化會逐漸減小，性能逐漸衰減，最終導致器件失效。這種現(xiàn)象被稱為鐵電疲勞，是制約鐵電材料應用的關鍵因素之一。因此，對鐵電材料的抗疲勞特性進行優(yōu)化和設計，是保障設備可靠性的基礎。
為了解決這一問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所柔性磁電功能材料與器件團隊聯(lián)合電子科技大學、復旦大學，提出了一種全新的解決方案：利用層間滑移機制創(chuàng)制無疲勞鐵電材料。這種材料在電場的作用下，其層間能夠相對滑移，從而實現(xiàn)極化翻轉。與傳統(tǒng)的離子位移機制不同，層間滑移機制所需的電場較小，且不足以使帶電缺陷移動。同時，由于二維材料層狀結構的特性，缺陷難以跨越層間移動，因此不會聚集，也不會產(chǎn)生鐵電疲勞。
該研究以雙層MoS2二維材料為代表性材料，采用化學氣相輸送法制備出雙層MoS2鐵電器件。在百萬次循環(huán)電場翻轉極化后，鐵電極化并未發(fā)生衰減，這提示該鐵電器件的抗疲勞性能優(yōu)于傳統(tǒng)離子型鐵電材料。研究發(fā)現(xiàn)，以存儲器為例，使用新型二維滑移鐵電材料制備的鐵電存儲器無讀寫次數(shù)限制。因此，無疲勞的新型二維層狀滑移鐵電材料有望提升設備可靠性，降低維護成本。
該研究的成功對于鐵電材料在存儲器等領域的應用具有重要意義。傳統(tǒng)的鐵電存儲器由于存在疲勞問題，其讀寫次數(shù)受到限制，難以滿足現(xiàn)代電子設備對高可靠性、長壽命的需求。而新型的無疲勞鐵電材料則有望解決這一問題，實現(xiàn)無限次數(shù)的擦寫操作，從而大大提高存儲器的性能和可靠性。
此外，該研究的成功也為鐵電材料的未來應用拓展了新的領域。除了存儲器之外，鐵電材料還可以應用于傳感器、驅動器、能量轉換器等多種電子設備中。隨著無疲勞鐵電材料的研發(fā)成功，這些設備的性能和可靠性也將得到進一步提升。
相關研究成果Developing fatigue-resistant ferroelectrics using interlayer sliding switching于近日發(fā)表在《科學》(Science)。研究工作得到國家自然科學基金和浙江省自然科學基金等的支持。
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