《宁波材料所在人工二维铁电金属研究方面取得进展》

  • 来源专题:中国科学院亮点监测
  • 编译者: liuzh
  • 发布时间:2018-06-20
  •   最近,中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院磁性材料与器件重点实验室研究员曹彦伟(第一作者和通讯作者)与其合作者在此方向实现了突破。他与来自美国罗格斯大学、布鲁克海文国家实验室、加州大学伯克利分校、宾州州立大学、阿贡国家实验室、伯克利国家实验室等单位的研究人员合作,利用原子级精度的激光分子束外延技术制备了高质量的室温二维铁电金属BaTiO3/SrTiO3/LaTiO3(如图),实现了界面二维电子气的铁电极化,以及电荷、轨道、铁电极化的周期性调控。该工作不但实现了人工室温二维铁电金属的制备,更为设计具有铁电、铁磁和超导三相共存的二维量子材料提供了思路,有望推动新型量子器件的应用。该研究工作于4月18日以Artificial two-dimensional polar metal at room temperature 为题发表在《自然-通讯》(Nature Communications,DOI:10.1038/s41467-018-03964-9)上,并被选为编辑推荐文章,作为亮点工作报道(Editors’ highlights)

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    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2019-03-30
    • 石墨烯具有大的比表面积、高的化学惰性以及优异的阻隔性,被认为是已知最薄的防护材料,采用化学气相沉积(CVD)法制备的石墨烯薄膜可直接用于金属的腐蚀防护,逐渐成为制备石墨烯防护薄膜最主要的方法。但石墨烯薄膜在制备过程不可避免会引入空位、晶界等结构缺陷,将其长时间暴露在空气中,腐蚀介质容易通过这些缺陷与基底金属发生反应,且高导电的石墨烯薄膜将促进界面处的电化学反应进而加速基底金属的腐蚀。   近期,中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋新材料与应用技术重点实验室研究员王立平团队利用CVD技术在多晶铜衬底上成功制备了一系列的氮掺杂石墨烯薄膜,通过调节NH3的气流量获得不同氮浓度的氮掺杂石墨烯薄膜。同时,研究发现氮掺入石墨烯晶格网络中会造成薄膜体系的导电率相比于原始石墨烯下降,在大气长效暴露试验条件下,低导电的氮掺杂石墨烯薄膜可抑制电子在腐蚀界面的传输,降低铜和氮掺杂石墨烯界面处的电化学腐蚀速率,有效延缓腐蚀区域的扩散,表现出更佳的长效腐蚀防护性能(图1),但该方法仍不能根除薄膜在生长过程中形成的结构缺陷,以及所造成的表面不均匀的腐蚀点。相关结果已经发表在Journal of Materials Chemistry A(2018, 6, 24136-24148)上,并作为期刊的Inside back cover被亮点报道。   另一方面,六方氮化硼(h-BN)纳米片作为一种石墨烯类似物,也具有很好的抗渗透性。王立平团队通过CVD法在多晶铜衬底上生长出不同层数的h-BN薄膜,由于h-BN自身的绝缘特性,无论是单层或是多层h-BN薄膜,将其包覆在铜衬底表面都表现出优异的大气长效防护性能。在高温加热条件下(200℃),单层h-BN薄膜包覆铜箔的氧化主要发生在薄膜晶界和缺陷处,而多层h-BN的氧化主要集中在薄膜的褶皱区;相比于单层h-BN薄膜,多层h-BN薄膜能够有效阻碍氧气的横向扩散,显著提高了基底铜的抗氧化性能(图2)。相关结果发表在ACS Applied Materials & Interfaces(2017, 9, 27152-27165)上。   以上研究工作得到中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDY-SSW-JSC009)、国家自然科学基金(41506098)、青岛海洋科学与技术国家实验室开放基金(QNLM2016ORP0409)等的资助。
  • 《大连化物所在二维材料谷极化特性研究方面取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2019-03-30
    • 近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员金玉奇、李刚等与新加坡南洋理工大学教授于霆和复旦大学教授丛春晓合作,在二硫化钨谷极化特性研究方面取得新进展,相关研究成果以内封面文章形式在英国皇家化学学会出版社的Nanoscale Horizons杂志上发表。   利用能谷自由度作为信息载体的谷电子学近年来吸引了科研人员的广泛关注,其在谷电子学器件领域具有潜在应用前景。控制电子在不同能谷中的数量,进而产生谷极化是制成谷电子学器件的先决条件,因此探索具有鲁棒性谷极化特性的材料成为该领域的研究热点。原子层薄的二硫化钨中,导带和价带边缘均具有两个能量简并的谷,是一种实现谷电子学的潜在材料。对于单层二硫化钨,科研人员已掌握其反演非对称性所导致的与能谷相关的光学选择定则;对于具有可调的层间耦合作用的双层二硫化钨,其不但具有稳定的谷极化特性,而且反演对称的双层二硫化钨还具有比单层二硫化钨高的谷极化值。然而,科研人员对于双层二硫化钨中鲁棒性谷极化特性的准确机理的认识仍十分有限,这极大地限制了二硫化钨在谷电子学器件中的应用。   该团队对不同衬底上具有不同层间堆垛结构的双层二硫化钨样品进行了系统的变温圆偏振光致发光光谱研究,并首次报道了间接带隙发光峰强度与谷极化特性的关系。研究表明,声学模对于能谷极化过程起重要作用,这类振动模式在间接带隙跃迁过程中的消耗促成了双层二硫化钨中的显著谷极化特性。该工作中观察到的通过层间距可调的能谷极化特性,阐明了电声耦合在谷间散射过程中的重要作用,进而为未来开发基于二维材料的谷电子学器件具有科学指导意义。   该工作得到中国博士后科学基金面上项目、中国科学院重点实验室创新基金项目和大连化物所优秀博士后基金项目的资助。