物理学报 Acta Phys.Sin.Vol.67,No.15(2018)157701 谱中的光致发光等性质使其在超薄机械-光-电转另一类材料过渡金属硫代磷酸盐(TMP)也 换材料中的应用具有非常大的潜力,为二维多铁材引起了研究者的关注.TTMP的化学通式为 料小型化低功耗的光电子和光子应用开辟了新的MMP2(S/Se)6,也是一类范德瓦耳斯层状材料 途径 并且其中一些材料的体结构是铁电体0,4,因此 另外,Wu课题组通过第一性原理计算发 研究者有望通过机械剥离的方法获得纳米尺度的 现二维材料中的垂直于平面方向的铁电极化可存 铁电薄膜. Culp2S6是一个典型的过渡金属硫代 在于BN,AN,ZnO,MoS2,GaSe等一系列范德瓦 磷酸盐,其体结构为范德瓦耳斯亚铁电晶体,极化 耳斯双层材料中,可极大地提高数据存储密度 方向垂直于层状平面.多个课题组对该体系的铁电 些铁磁性二维材料的双层结构如 MEne,VS2和 性随纳米薄膜厚度的关系进行了实验测量8--0, MoN2中还可能出现多铁性,这使得以电场调控其 发现 CuInP2S6薄膜厚度降至4nm时仍能观测到 磁性成为可能.由于垂直铁电性由层间的相对平移 产生,因此在层间小角度扭曲或者应变差异存在的 室温下的铁电性,铁电转变温度约为320K.另外 Xu等以及Song等同分别从理论角度预言了 情况下,还可能产生一种层间电压随空间变化的铁 电莫列超晶格,并获得周期性的N/P型掺杂区域 AgIp2Se6以及CnP2Se单层中存在垂直平面 层间电压和相对平移之间的电机耦合,可用于制的自发极化.单层AgBP2Se的结构如图6所示, 造纳米发电机、收集人体活动、海浪、机械振动等各 位于硒八面体中心的Ag+离子和B3+离子发生结 种能量此外,该课题组在低维铁电铁磁耦合方面构畸变,沿垂直平面的相反方向发生了不同大小的 进行了一系列的研究,发现某些有机过渡金属分子位移,在垂直平面方向产生了亚铁电序.通过这种 纳米线中同时存在铁电极化和有序的磁矩回,并层内亚铁电序减小了自发极化值,从而在一定程度 且第一个在理论上预测了C6NsH是铁电-铁磁耦上降低了退极化场对垂直平面极化的影响.并且 合的二维有机多铁材料,赋予二维有机多电材料在该材料具有合适的带边位置,垂直平面的自发极化 电子设备中潜在的应用价值 又可有效分离电子和空穴,从而在光裂解水领域有 除了上述低维双元素或单元素结构外,一定的潜在应用价值 (Ge, Sn) O(S, Se) (b)P、 (P, nr) Ferroelectric (+P,n) transition y (d) 图5单层第四主族单硫化物MX的结构及其铁弹、铁电序2 Fig. 5. Structure of monolayer group IV monochalcogenides(MX) and their ferroelastic and ferroelectric orders (42) 157701-6物 理 学 报 Acta Phys. Sin. Vol. 67, No. 15 (2018) 157701 谱中的光致发光等性质使其在超薄机械-光-电转 换材料中的应用具有非常大的潜力, 为二维多铁材 料小型化低功耗的光电子和光子应用开辟了新的 途径. 另外, Wu课题组 [43] 通过第一性原理计算发 现二维材料中的垂直于平面方向的铁电极化可存 在于BN, AlN, ZnO, MoS2, GaSe等一系列范德瓦 耳斯双层材料中, 可极大地提高数据存储密度. 一 些铁磁性二维材料的双层结构如MXene, VS2 和 MoN2 中还可能出现多铁性, 这使得以电场调控其 磁性成为可能. 由于垂直铁电性由层间的相对平移 产生, 因此在层间小角度扭曲或者应变差异存在的 情况下, 还可能产生一种层间电压随空间变化的铁 电莫列超晶格, 并获得周期性的N/P型掺杂区域. 层间电压和相对平移之间的电-机耦合, 可用于制 造纳米发电机、收集人体活动、海浪、机械振动等各 种能量. 此外, 该课题组在低维铁电-铁磁耦合方面 进行了一系列的研究, 发现某些有机过渡金属分子 纳米线中同时存在铁电极化和有序的磁矩 [44] , 并 且第一个在理论上预测了C6N8H是铁电-铁磁耦 合的二维有机多铁材料, 赋予二维有机多电材料在 电子设备中潜在的应用价值[45] . 除 了 上 述 低 维 双 元 素 或 单 元 素 结 构 外, 另 一 类 材 料 过 渡 金 属 硫 代 磷 酸 盐 (TMTP) 也 引 起 了 研 究 者 的 关 注. TTMP 的 化 学 通 式 为 MI xMII y P2(S/Se)6, 也是一类范德瓦耳斯层状材料, 并且其中一些材料的体结构是铁电体[46,47] , 因此 研究者有望通过机械剥离的方法获得纳米尺度的 铁电薄膜. CuInP2S6 是一个典型的过渡金属硫代 磷酸盐, 其体结构为范德瓦耳斯亚铁电晶体, 极化 方向垂直于层状平面. 多个课题组对该体系的铁电 性随纳米薄膜厚度的关系进行了实验测量 [48−50] , 发现CuInP2S6 薄膜厚度降至4 nm时仍能观测到 室温下的铁电性, 铁电转变温度约为320 K. 另外, Xu 等[51] 以及Song等 [52] 分别从理论角度预言了 AgBiP2Se6 以及CuInP2Se6 单层中存在垂直平面 的自发极化. 单层AgBiP2Se6 的结构如图6 所示, 位于硒八面体中心的Ag+ 离子和Bi3+ 离子发生结 构畸变, 沿垂直平面的相反方向发生了不同大小的 位移, 在垂直平面方向产生了亚铁电序. 通过这种 层内亚铁电序减小了自发极化值, 从而在一定程度 上降低了退极化场对垂直平面极化的影响. 并且, 该材料具有合适的带边位置, 垂直平面的自发极化 又可有效分离电子和空穴, 从而在光裂解水领域有 一定的潜在应用价值. (a) (b) (c) (d) (e) x y z (+Py, ηy) (+Px, ηx) (-Py, ηy) (-Px, ηx) 图 5 单层第四主族单硫化物 MX 的结构及其铁弹、铁电序[42] Fig. 5. Structure of monolayer group IV monochalcogenides (MX) and their ferroelastic and ferroelectric orders [42] . 157701-6