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我校唐文新教授团队在Science子刊《Science Advance》发文报道β-In2Se3面内铁电性新发现

发布者:点击量:发布时间:2018-09-11

重庆大学材料与工程学院唐文新教授团队与澳大利亚莫纳什大学郑昌喜博士合作,通过发展倾角高分辨原位低能电子显微镜新手段,在β-In2Se3二维层状材料表面首次发现并确认面内铁电和相变过程,研究成果论文“Room-temperature in-plane ferroelectricity in van der Waals In2Se3”以重庆大学为第一单位和通讯单位被Science子刊《Science Advance》正式发表。该成果获得国家自然基金委重大科研仪器设备研制专项、中央高校基本科研业务费专项等资助。

范德瓦尔斯二维材料在未来具有重大的应用潜力。该种层状材料中的铁电性可实现非易失性存储器和低功率电子和光电子开关,迄今这种二维铁电材料鲜为报道。在唐文新教授和德国电子显微镜理论学家Harald Rose教授经过一年讨论合作后,通过量子理论上揭示出面内铁电畴成像微观物理机制来自于该铁电畴内分子场在和低能电子散射过程中调制了电子相位,而不是来自上下界面反射形成的位相差。实验和成像理论结合奠定了该新手段的物理微观基础,并预言该铁电畴对比度应和入射电子动能成反比,是低能电子显微镜独特功能之一,系列工作正在整理中。

唐文新教授还原了该新现象的发现过程:“当时实验原计划是在β-In2Se3二维表面外延拓扑绝缘体结构。意外看到样品畴状结构后我们迅速排除铁磁和垂直铁电畴的可能,精确改变倾角条件下操控电子束进行面内旋转360度,清晰看到对比度和面内角满足正弦函数关系,直接证明面内铁电特性。低能电子衍射直接看到原子排布取向和畴内在关联,同时在200摄氏度出现可逆相变行为,这些实验结果和面内铁电行为自洽。而面内铁电的微观成像机制当时是一个谜,文章中先使用了唯象模型进行解释。本研究中,郑昌喜博士和博士生余雷和祝林以及年轻讲师郦盟相互紧密合作,在测量和开发此新手段起关键作用。”

近期唐文新教授团队开始不断有新的发现,在全息反射电子显微镜,锂原子自组装嵌入石墨烯多层的动力学以及超快自旋电子显微镜新技术有了实质性突破,这些新手段是发现新现象和新材料大门的钥匙。国家“千人计划”专家、长江学者、电子显微镜中心主任聂建峰教授指出:“发展原创型电子显微物理探测手段,离不开物理实验和理论背景基础,挑战很大。当时学校支持唐文新博士来校工作,看重他的物理背景对未来材料研究和电子显微镜研发的重要性,核心物理功底是创新手段和理解现象关键。前沿研究工作需重视工作深度和新手段研发,注重研究原创和质量而不是数量。很高兴看到唐文新经三年专注研发核心电子显微镜新手段,成功获得国家重大仪器专项以及近期高水平成果不断出现,这是必然。”