铁电材料以其可被外部电场反转的自发电极化为特征，在先进的非易失性和神经形态电子器件方面展现出巨大潜力。然而，传统的块体铁电材料（如钙钛矿结构的BaTiO3、BiFeO3和PbTiO3）在纳米尺度下受到较大退极化场的限制，会屏蔽其铁电效应并使铁电相不稳定。近来，新兴的二维铁电材料因其稳定的铁电极化、原子级厚度以及具有较少悬挂键的光滑表面而引起广泛关注。这些特性对于构建未来微型化、高密度集成和低功耗的铁电器件至关重要。值得注意的是，大多数二维材料的铁电性源于其固有的非中心对称结构，而部分材料则源于层间滑动引起的非中心对称结构，这为二维铁电材料的定向设计提供了广阔空间。尽管上述二维材料已展现出显著的铁电性，并已用于构建各种基于铁电性的功能器件，但可用的二维铁电材料仍然稀少。特别是现有的大多数二维铁电材料具有面外（OOP）铁电性但缺乏面内（IP）铁电性，且它们表现出较低的铁电转变温度。因此，寻找新型且鲁棒性的二维铁电材料已成为构建下一代电子器件的核心目标。
最近，陕西师范大学徐华教授团队报道了一种高居里温度二维AgCrS2中的本征面外和面内铁电性。这项工作通过化学气相沉积（CVD）生长合成大面积二维AgCrS2纳米片，并研究了其铁电性能。通过精确调节生长温度，从800到900 °C，AgCrS2纳米片的厚度可从2.1调节至40 nm，横向尺寸从15.4增加到35.6 µm，形貌从圆形变为六边形。这种变化归因于随着温度升高，生长模式从动力学主导的外延转变为热力学主导的外延。系统的结构和光学表征证实了AgCrS2纳米片的成分、相结构和高结晶度，确认其具有非中心对称结构，并揭示了其高居里温度（682 K）。因此，不同厚度的AgCrS2纳米片都表现出相互关联的面外（OOP）和面内（IP）铁电性。理论计算表明，铁电性源于AgS4四面体中Ag原子的位移。基于铁电极化，我们展示了原理验证型铁电非易失性存储器件，其中横向和纵向AgCrS2器件均表现出大的整流比和可逆的电阻开关特性。相关成果于近期发表在Advanced Materials期刊上，并被选为第50期的封面（Front cover）。
论文封面图
图 1. 二维AgCrS2纳米片的合成与结构表征。a) CVD生长AgCrS2纳米片的示意图。b) 不同晶格面的AgCrS2晶体结构，橙色、蓝色和黄色球体分别代表Ag、Cr和S原子。c) AgCrS2纳米片的拉曼光谱，插图为三角形AgCrS2纳米片的光学显微镜（OM）图像。d) 在800至900 °C温度范围内生长的AgCrS2纳米片的厚度分布统计。插图为在这些温度下生长的AgCrS2纳米片的原子力显微镜（AFM）图像。e-g) AgCrS2纳米片的Ag 3d、Cr 2p和S 2p高分辨X射线光电子能谱（XPS）。h) 原位生长的AgCrS2纳米片的X射线衍射（XRD）谱。
图 2. 二维AgCrS2纳米片的组成与结构表征。a) AgCrS2纳米片的原子分辨率ADF-STEM图像。图中为AgCrS2晶体的模拟STEM图像。b) AgCrS2纳米片沿[003]区轴的SAED图。c) 少层AgCrS2纳米片的低倍率ADF-STEM图像和相应的Ag、Cr、S元素的EDS图谱。d) STEM图像沿(a)中橙色和蓝色虚线提取的强度分布图。e, g) AgCrS2纳米片沿[010]和[120]带轴的横截面ADF-STEM图像，f, h)对应的FFT衍射斑点和晶体结构模型。
图 3. 二维AgCrS2纳米片的二阶非线性光学性质。a) SHG测量示意图。b) 固定激光功率下不同激发波长（760~920 nm）下AgCrS2纳米片的SHG光谱。c) 1550 nm激发波长下AgCrS2纳米片的功率依赖性SHG光谱。d) SHG强度随激光功率1~10 mW的变化规律，图中为SHG映射图。e, f) 平行和垂直极化构型下AgCrS2纳米片的SHG强度随极化角的变化。
图 4. 二维AgCrS2纳米片的铁电性质。a) 厚度为5.8 nm的AgCrS2纳米片的OOP和b) IP PFM环路，以及相应的c) box-in-box模式（虚线区域）的PFM相位和d) 振幅图像，分别由相反的直流偏压（±7 V）写入。e) 厚度为9.1 nm的AgCrS2纳米片的PFM OOP相位，f) OOP振幅，g) IP相位，h) IP振幅。i) 厚度为26.5 nm的AgCrS2纳米片SHG强度随温度的归一化函数。j) AgCrS2晶格中极化开关过程示意图。k) 微推弹性带（NEB）方法计算AgCrS2铁电开关跃迁的能量演化。
图 5. 基于二维AgCrS2纳米片的铁电器件。基于AgCrS2纳米片的a) 横向和c) 垂直器件示意图。在b) 横向和d) 垂直器件上不同最大偏置电压下扫描对数尺度的I-V曲线。e) 500次I-V曲线横向装置耐久性试验。f) 施加相反极性电压（3 V和- 3 V）后横向AgCrS2铁电二极管器件的I-V曲线。g) 施加周期脉冲电压在横向AgCrS2器件上进行电阻开关。
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