近年来,以CuInP2S6(CIPS)为代表的范德华(vdW)层状铁电材料受到学术界和工业界的广泛关注,因为其在单原子层极限下仍能保持稳定的铁电性,同时在纳米电子学和光电子学等领域展现出巨大的应用潜力。近日,光仪学院李大卫教授团队在范德华层状铁电CIPS研究领域取得新进展,解决了如何实现CIPS及其异质结构中的非线性光学响应探测与调控,如何在CIPS等层状铁电材料中实现精确的畴控制等关键挑战。相关研究成果先后被纳米科学领域知名期刊《美国化学学会纳米杂志》(ACS Nano)、纳米材料领域著名期刊《微尺度》(Small)等刊发。
CIPS作为一种具有室温以上居里温度(TC)的vdW层状铁电材料,展现出强大的电学和光学特性。CIPS可与其他vdW材料形成铁电异质结构,使其在多功能和可重构光电器件领域中具有巨大应用前景,例如非易失性存储器、负电容晶体管、铁电二极管和隧道结等。然而,关于CIPS及其异质结构的非线性光学响应研究仍较为有限。因此,如何实现CIPS及其异质结构中的非线性光学响应探测与调控,对于理解vdW铁电非线性光学性质,以及实现vdW铁电异质结构在微纳尺度非线性光学调制器、光信息存储和非线性光学成像中的应用,具有重要的科学和应用价值。
反射模式下CIPS/1L-MoS2异质界面SHG产生与调控
另外,vdW层状铁电材料CIPS作为室温铁电绝缘体,具有直接宽带隙(≈2.9eV)、较高居里温度(TC≈320K)和大的面外极化(≈4.15μC/cm2)等特性,其独特结构使其在新型纳米电子和纳米光子器件中极具应用潜力。然而,在CIPS中,由于Cu离子的移动,外部电场驱动的畴写入会产生不稳定的畴和扩散的畴壁,甚至导致材料击穿,阻碍了其在极化依赖器件中的应用。因此,在CIPS等层状铁电材料中实现精确的畴控制仍然是一个挑战。一种有效策略是通过将CIPS与铁电氧化物薄膜形成界面来控制CIPS的畴形成,但其背后的铁电调控机制尚不明晰,特别是缺乏实验证据来证明界面应变诱导的结构畸变效应。
基于铁电衬底的界面应变诱导CIPS铁电极化调控与增强
以上研究工作得到国家自然科学基金面上项目、青年人才项目、教育部春晖计划合作科研项目、辽宁省自然科学基金面上项目、我校人才引进专项等多个项目的大力支持。
勇于突破 无惧挑战
创新在大工!