近日，南方科技大学物理系讲席教授王峻岭与合作者应邀在国际学术期刊Nature Materials上发表题为“Towards two-dimensional van der Waals ferroelectrics”的评述文章。文章简要回顾了二维(2D)-vdW铁电材料领域的最新进展，重点介绍了二维体系中自发极化产生的机制、晶格维度降低带来的独特性质，以及基于2D-vdW铁电材料的新型电子器件，同时展望了2D-vdW铁电研究领域未来需要解决的挑战、可能的研究方向及应用前景。

自从一个世纪前研究人员在罗息盐中首次发现铁电性以来，人们对铁电材料中蕴含的丰富物理知识有了深入了解，并且开发了许多基于自发极化的电子和光电子器件。之前的研究主要集中在具有三维 (3D) 连续晶格的铁电材料上，为了与半导体产业相匹配，铁电材料通常以薄膜的形式生长在基板上，或者使用牺牲层制备无支撑的薄膜。然而，表面/界面的化学和结构不连续性使得铁电性能大幅降低乃至消失，这不仅阻碍了人们对铁电性能低维度的研究，而且对相关领域的应用也带来了挑战。近期，具有层状结构的2D-vdW铁电材料的发展为本领域带来了新的契机。王峻岭教授与合作者简要回顾了此领域内的重要进展。文章首先讨论了2D-vdW 铁电材料的自发极化起源的多种机制(如滑移铁电)，介绍了晶格维度降低所带来的反常物理性质(如负压电系数和铁电金属性)，以及基于2D-vdW铁电体的新型原型器件和独特的性能(如2D-vdW铁电存储器和场效应晶体管)，并对2D- vdW 铁电体领域在未来需要解决的挑战和可能的研究方向做出展望(图1)。

图1 2D-vdW铁电体领域面临的主要挑战和研究方向

文章指出，随着新的2D-vdW铁电材料和极化机制不断被发现，利用此类材料增强物性的独特原型器件将持续涌现。例如，利用铁电极化和离子迁移之间的耦合,可以开发多态存储器和具有神经形态特征的铁性离子器件；结合自旋-轨道耦合和可翻转自发极化,可以设计基于2D-vdW铁电和多铁材料的非易失性内存及存内计算架构，并有希望打破传统冯诺依曼计算架构中的“内存墙”。2D-vdW铁电领域的蓬勃发展将为下一代纳米电子学和自旋电子学创造新的可能性。

南方科技大学物理系研究助理教授王传寿为论文第一作者，苏州大学物理科学与技术学院教授游陆和南方科技大学物理系讲席教授王峻岭为共同通讯作者。南科大为论文第一单位。以上研究得到了国家自然科学基金和南方科技大学启动资金等多个项目的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-022-01422-y