单层石墨烯中的电子铁电性及其在多功能神经形态电子学中的应用
介观与纳米尺度物理
2024-04-05 v1 材料科学
摘要
铁电性因其可由外部电场切换的自发极化而引人入胜。将铁电材料扩展到二维极限将为下一代非易失性器件的发展提供多样化的应用。传统铁电性要求材料由至少两种与极性晶体结构相关的组成元素构成。单层石墨烯作为一种基本二维材料，由于其高度中心对称的六角晶格，不太可能表现出铁电序。然而，二维莫尔超晶格为在非极性材料中工程化各种电子序提供了一种强大的方法。在此，我们报告了通过在石墨烯/h-BN界面引入不对称莫尔超晶格，在单层石墨烯中观察到电子铁电性的结果。利用霍尔测量，确定电极化源于电子-空穴偶极子，表明了所观察到铁电性的电子动力学机制。我们实现了标准的极化-电场迟滞回线，以及非常规的多可切换极化状态。通过与对照器件进行原位对比，我们发现石墨烯莫尔系统中的电子铁电性独立于石墨烯的层数及相应的精细能带结构。此外，我们展示了这种铁电莫尔结构在多态非易失性数据存储和多种突触行为模拟中的应用，包括短时程可塑性、长时程增强和长时程抑制。这项工作不仅丰富了对铁电性的基本理解，还展示了石墨烯在多态存储器和神经形态计算中的广阔应用前景。
引用
@article{arxiv.2404.03410,
title = {Electronic ferroelectricity in monolayer graphene for multifunctional neuromorphic electronics},
author = {Le Zhang and Jing Ding and Hanxiao Xiang and Naitian Liu and Wenqiang Zhou and Linfeng Wu and Na Xin and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Shuigang Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.03410},
year = {2024}
}