文章导读
突破二进制存储限制的密码终于被破解？西安交大联合团队在二维材料领域取得颠覆性突破！他们首次在双层GeSe/SnS范德华异质结中，通过面外压缩与层间滑移的巧妙协同，诱发出惊人的“阶梯铁电”现象——成功捕获八种稳定极化态，创下二维铁电材料多态存储新纪录。这项发表于《材料视野》的研究不仅揭示了铁电-亚铁电多级相变新机制，更破解了少层材料实现高密度存储的核心难题。它为设计下一代突破性存储器件提供了全新范式，即将开启高密度、多态信息存储的新纪元。
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随着现代计算中数据规模的迅猛增长，亟需开发具备更高存储密度的新型存储技术。多态铁电材料因能够实现多个稳定的极化状态，有望突破传统信息存储的二进制限制，为高密度信息存储提供全新的思路，尤其在后摩尔时代展现出广阔的应用前景。近年来，二维铁电材料研究取得了突破性进展，为克服传统铁电材料在器件尺寸缩小和极化状态调控方面的局限性带来了新的契机。特别是在多层CuInP2S6和MoS2等体系中已观测到的多态铁电现象，表明二维材料可通过层间堆叠调控极化状态，从而实现更多铁电态存储的可能。然而，在更少层数（如双层）体系中获得更多种稳定极化态仍面临巨大挑战。攻克这一难题对于充分释放二维铁电材料在新一代高密度多态存储中的潜能具有重要意义。
近日，材料学院强度室的邓俊楷教授同澳大利亚墨尔本大学刘哲教授合作，在双层GeSe/SnS范德华异质结中，发现了由面外压缩和层间滑移协同诱发的多级铁电相变和八种极化态阶梯铁电现象。研究团队利用极化大小不同的GeSe和SnS两种IV-VI族二维铁电材料，构筑了双层范德华异质结，并形成了稳定铁电相和亚铁电相。研究发现，通过面外压缩应变条件下的层间滑移，层间范德华相互作用能和层内变形弹性能之间相互竞争，促使类黑磷烯褶皱结构的GeSe和SnS分别向一种新的倾斜型顺电结构转变，从而诱发了两种具有不同极化状态的中间相。铁电相和亚铁电相可以通过这两个新相为媒介互相转换，实现铁电-亚铁电相变。最终，铁电相、亚铁电相和两个新相之间可以通过层间滑移引起的多级相变相互转变，形成一个闭合的循环路径，产生共八种不同的极化状态，极化的大小呈阶梯状递增，因而称为“阶梯铁电”现象。八种极化态现象是双层二维材料中目前已知的最多极化状态，为设计新型多态铁电材料提供了一种新的思路，有望应用于未来的铁电信息存储技术。
该研究成果最近以《双层GeSe/SnS范德华异质结中的八极化态滑移阶梯铁电》（Octuple-state sliding ladder ferroelectrics in bilayer van der Waals GeSe/SnS heterostructures）为题在国际著名期刊《材料视野》（Materials Horizons，IF=10.7）发表。论文第一作者是材料学院博士生徐博，通讯作者为西安交通大学材料学院邓俊楷教授和墨尔本大学刘哲教授，西安交通大学为论文的第一作者和第一通讯单位。本项研究得到了国家自然科学基金面上项目，创新引智111计划2.0项目以及陕西省重点研发计划的资助，也得到西安交通大学校级高性能计算平台提供的算力和技术支持。
论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/mh/d5mh01054c
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