发表在最近《科学》杂志上的一篇重要论文中，科学家们报告说，设计了世界上最小的、厚度只有两个原子的技术，这项新技术提出了一种将电信息存储在科学现知的最薄单元中的方法，该单元是自然界中最稳定和惰性的材料之一。量子力学的隧穿效应使电子穿过原子级薄膜，将会大大超越当前技术，从而进一步促进信息读取过程。

论文题为：“范德瓦尔斯滑动的界面铁电性”。该研究团队为以色列特拉维夫大学物理与天文学院、物理化学系、化学学院、精确科学学院、计算分子和材料科学中心、日本筑波国立材料科学研究所的科学家组成。

研究人员表示，“我们的研究源于对固体材料中原子和电子行为的好奇心，因为这产生了许多支持我们现代生活方式的技术，”“我们试图理解、预测甚至控制这些粒子的迷人特性，因为它们凝结成我们称之为晶体的有序结构。例如，在计算机的核心，有一个微小的晶体设计用于在指示不同响应的两种状态之间切换的设备——“是”或“否”、“向上”或“向下”等。没有这种二分法——就不可能对信息进行编码和处理。实际的挑战是找到一种能够在小型、快速且廉价的设备中进行切换的机制。”

当前最先进的设备由包含大约一百万个原子，即高度、宽度和厚度约一百个原子的微小晶体组成，因此可以将一百万个这样的设备挤入这样一个区域约“投掷硬币”约一百万次，以每秒大约一百万次的速度切换。

研究人员第一次能够将晶体器件的厚度减少到只有两个原子。如此薄的结构使基于电子量子能力的存储器，能够快速有效地穿过只有几个原子厚的势垒。因此，它可以在速度、密度和能耗方面显着地改善电子设备。

在该研究中，研究人员使用了一种二维材料：一个原子厚的硼和氮层，以重复的六边形结构排列。在实验中，他们能够通过人工组装两个这样的层来打破这种晶体的对称性。

研究人员表示，“在其自然的3D状态下，这种材料由大量相互叠加的层组成，每一层相对于其相邻层旋转度（反平行配置）”“在实验室中，我们能够在没有旋转的情况下人为地以平行配置堆叠这些层，尽管它们之间存在强大的、由它们相同的电荷引起排斥力，但假设它们将相同类型的原子完美重叠。然而实际上，晶体更喜欢相对于另一层稍微滑动一层，因此每层原子中只有一半处于完美重叠状态，而重叠的原子则带有相反的电荷——而所有其他原子都位于空的上方或下方空间——六边形的中心。在这种人工堆叠配置中，各层彼此完全不同。例如，如果在顶层只有硼原子重叠，那么在底层则相反。”

研究团队进行了大量计算机模拟，深入了解了为什么系统的电子会像在实验室中测量的那样自行排列。由于这种基本认知，研究人员期待在其他对称性破坏的分层系统也是如此。

研究人员解释说：“我们在实验室中创造的对称性破坏，在天然晶体中不存在，迫使电荷在层之间重新组织，并产生垂直于层平面的微小内部电极化。当我们在相反方向施加外电场时，系统会横向滑动以切换极化方向。即使关闭外场，切换的极化仍然保持稳定。在这种情况下，该系统类似于厚的三维铁电系统，其在今天的技术中被广泛使用。”

“在如此薄的系统中强制晶体和电子排列的能力，具有独特的极化和反转特性，由层之间的微弱范德华力产生，不仅限于硼和氮晶体，”“我们期望在许多具有正确对称特性的层状晶体中具有相同的行为。层间滑动作为控制先进电子设备的原始有效方式的概念非常有前途，我们将其命名为Slide-Tronics（滑动电子学）。”

研究人员总结说，“很高兴发现在强加于自然的其他状态下会发生什么，并预测其他结合额外自由度的结构是可能的。我们希望小型化和滑动翻转将改进今天的电子设备，此外，允许在未来的设备中以其他原始方式控制信息。除了计算机设备，我们预计这项技术将有助于探测器、能量存储和转换、与光的交互等。正如我们研究中所遇见的，我们的挑战是发现更多具有新的光滑自由度的晶体。”

堆叠铁电体（Stackingaferroelectric）

分层范德华结构的特性可以敏感地取决于组成层的堆叠布置。这种现象已被用于设计超导、相关绝缘体和磁态。最近的研究也表明，铁电性也可以通过堆叠来设计：即使材料本身不是铁电的，平行堆叠的六方氮化硼双层表现出铁电转换。为了探索这些现象，一是使用传输测量，二是使用原子力显微镜。

尽管多层双原子晶体具有部分离子性质，但它们通过在其最佳范德华堆叠处形成中心对称晶格来避免内部电极化。在该研究中，研究人员报告了在两个自然生长的六方氮化硼薄片之间的界面处出现的稳定铁电有序，它们以亚稳态非中心对称平行取向堆叠在一起，观察到了反向法向极化的交替域，这是由域之间一个晶格位点的横向偏移引起的。

通过扫描表面上方的偏置尖端，实现与横向滑动耦合的可逆极化切换。该研究计算将这一现象的起源追溯到电荷重新分布和离子位移之间微妙的相互作用，并为探索界面极化及其独特的“滑动电子学”切换机制提供了直观的见解。

下面是领导该研究的以色列特拉维夫大学物理与天文学院的研究人员，介绍该研究成果的视频。小编特将该英文视频翻译为中文，同时列出中英文字幕以便于进一步参考。

参考：

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkyy/4850.html