Angew. Chem. :“积木堆叠”组装策略精准构筑二维铁电半导体材料

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铁电材料表现出双稳态的自发极化,利用这种性质实现信息存储的新型非易失性存储器具有抗辐照性能强、功耗低和读写速度快等优点,逐渐成为战术导弹和卫星等装备信息存储的关键芯片,在医疗设备、高速通讯、光电信息等民用领域展现了广阔的发展前景。特别在光辐照下,铁电单元器件内产生非平衡载流子与极化电场相互作用,表现出独特的光电现象与物理效应,有望进一步促进材料在光电子信息存储等领域的应用。


最近,中国科学院福建物质结构研究所孙志华研究员等以二维结构的无机-有机杂化钙钛矿材料为研究对象,独辟蹊径地采用一种类似“积木堆叠”的结构设计与组装策略,构建了系列二维铁电半导体材料HA2MAn-1PbnBr3n+1 (n = 2, 3, 4, 5…)。通过优化组成基元比例、精准调控骨架层数目(n值)不仅显著改变铁电居里相变温度Tc,而且能够调节材料柔性有助于器件集成化。该设计策略区别于常传统的改变化学组分的方式,能够增强电子结构与晶格对称性之间的关联性,从而促进铁电性和导电性兼容。



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对铁电体而言,偶极基元的长程有序排列将产生强度很高的局域电场,利用该性能组装的光电器件将能够有效地耗尽本征载流子并降低暗电流密度,同时促进光照所产生的电子-空穴对分离,从而显著提高器件光电性能。基于此,作者将二维铁电半导体材料机械剥离成厚度可控的超薄晶片,集成至沟道场效应晶体管,实现了高达~19.74 μA/cm2的光电流信号输出;此外,通过操控栅极电压可以在很宽的范围内(± 60V)调制器件的光电流输出强度,展现出三种不同的工况状态,对应于“-1/0/1”的栅极调控存储行为。该研究工作为精准构筑新型铁电半导体、发展用于非易失性存储单元器件的潜在候选材料提供了新途径。

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文信息

Building Block-inspired Hybrid Perovskite Derivatives for Ferroelectric Channel Layers with Gate-Tunable Memory Behavior

Haojie Xu, Fapeng Sun, Wuqian Guo, Shiguo Han, Yi Liu, Qingshun Fan, Liwei Tang, Wei Liu, Junhua Luo and Zhihua Sun


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202309416




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