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無疲勞鐵電材料創(chuàng)制?有望實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器無限次數(shù)擦寫
2024年06月11日 16:14:38
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：12692
中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所柔性磁電功能材料與器件團(tuán)隊(duì)聯(lián)合電子科技大學(xué),、復(fù)旦大學(xué)，提出了一種全新的解決方案：利用層間滑移機(jī)制創(chuàng)制無疲勞鐵電材料,。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】作為一類常見的功能材料,，鐵電材料因晶體正負(fù)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(zhì),，被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)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(dòng)、高強(qiáng)磁場(chǎng),、高強(qiáng)輻射等復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行存儲(chǔ),、傳感、驅(qū)動(dòng),、能量轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵任務(wù),。然而，傳統(tǒng)的鐵電材料存在一個(gè)嚴(yán)重的問題,，即隨著極化翻轉(zhuǎn)次數(shù)的增加,，其極化會(huì)逐漸減小,，性能逐漸衰減，最終導(dǎo)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(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。因此,，對(duì)鐵電材料的抗疲勞特性進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì),，是保障設(shè)備可靠性的基礎(chǔ)。
為了解決這一問題,，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所柔性磁電功能材料與器件團(tuán)隊(duì)聯(lián)合電子科技大學(xué),、復(fù)旦大學(xué)，提出了一種全新的解決方案：利用層間滑移機(jī)制創(chuàng)制無疲勞鐵電材料,。這種材料在電場(chǎng)的作用下,，其層間能夠相對(duì)滑移，從而實(shí)現(xiàn)極化翻轉(zhuǎn),。與傳統(tǒng)的離子位移機(jī)制不同,，層間滑移機(jī)制所需的電場(chǎng)較小，且不足以使帶電缺陷移動(dòng),。同時(shí),，由于二維材料層狀結(jié)構(gòu)的特性，缺陷難以跨越層間移動(dòng),，因此不會(huì)聚集,，也不會(huì)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(xué)氣相輸送法制備出雙層MoS2鐵電器件,。在百萬次循環(huán)電場(chǎng)翻轉(zhuǎn)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(chǔ)器為例,，使用新型二維滑移鐵電材料制備的鐵電存儲(chǔ)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(shè)備可靠性,，降低維護(hù)成本,。
該研究的成功對(duì)于鐵電材料在存儲(chǔ)器等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。傳統(tǒng)的鐵電存儲(chǔ)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(shè)備對(duì)高可靠性,、長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)無限次數(shù)的擦寫操作，從而大大提高存儲(chǔ)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(yīng)用拓展了新的領(lǐng)域。除了存儲(chǔ)器之外,，鐵電材料還可以應(yīng)用于傳感器,、驅(qū)動(dòng)器、能量轉(zhuǎn)換器等多種電子設(shè)備中,。隨著無疲勞鐵電材料的研發(fā)成功,，這些設(shè)備的性能和可靠性也將得到進(jìn)一步提升。
相關(guān)研究成果Developing fatigue-resistant ferroelectrics using interlayer sliding switching于近日發(fā)表在《科學(xué)》(Science),。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和浙江省自然科學(xué)基金等的支持,。
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