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固态无序化（amorphization）是一种由有序晶体转变为无序状态的重要材料现象，传统上多通过熔融-淬火或机械应变等方法实现。然而，电场驱动的固态无序化较为罕见，具有实现低功耗器件的巨大潜力。本文首次在铁电性β″-In₂Se₃纳米线中，通过直流电场诱导长程固态无序化，揭示了电场、载流子和压电应力多重耦合下的新型无序化机制。
成果简介
研究团队通过实验和理论相结合，系统探讨了β″-In₂Se₃纳米线在电场作用下的非晶化过程。研究发现，电场引发了晶体层间滑移和极化旋转，导致晶体结构失稳并逐步形成无序相。这一现象以微观局部为起点，逐渐扩展至宏观长程区域，最终实现全局非晶化。该研究不仅揭示了多模态耦合导致无序化的新机制，还为设计低功耗电子与光子器件提供了理论支持。
研究亮点
电场诱导长程非晶化
首次实现通过直流电场直接驱动的晶体到无序相的转变，无需传统熔融过程。多模态耦合新机制
揭示了电场、载流子风力、压电应力及极化旋转共同作用下的非晶化路径。In₂Se₃的独特性质
研究利用In₂Se₃的铁电性和半导体特性，展示其在低功耗器件中的潜在应用。实验与模拟结合
结合原位透射电镜（TEM）观测和密度泛函理论（DFT）计算，详细刻画了无序化的微观演变过程。
配图精析
图1：β″-In₂Se₃纳米线的晶体结构表征。透射电镜（TEM）图像展示了In₂Se₃的超晶格结构以及由铟和硒空位交替排列形成的周期性极化。
图2：直流电场诱导非晶化的TEM观察结果。低倍TEM图像显示纳米线未断裂，而是形成了明显的晶体-无序界面。高分辨图像进一步证实无序区域的结构特征。
图3：在不同电压下纳米线的结构演变路径。扫描透射电镜（STEM）图像显示层间滑移缺陷的形成及其与极化旋转的耦合效应。
图4：原位TEM观测的非晶化过程。电场引起的滑移缺陷交叉区域表现出局部无序化，最终形成长程无序相。
展望
本研究通过揭示铁电性β″-In₂Se₃纳米线中电致非晶化的新机制，为固态无序化研究和低功耗器件设计提供了重要参考。未来的研究可进一步探索其他铁电半导体材料中类似现象，为材料科学和电子器件的发展开辟新方向。。
文献信息
期刊：Nature
DOI：10.1038/s41586-024-08156-8
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08156-8
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