质子介导的亚稳态铁电相低操作电压可逆切换
材料科学
2023-10-13 v1
摘要
对铁电相变的研究有助于深入理解铁电翻转，并在信息存储方面具有广阔应用前景。然而，由于难以触及隐藏相，可控地调控铁电相变动力学仍然具有挑战性。在此，我们利用质子门控技术，在范德瓦耳斯铁电材料 {\alpha}-In2Se3 晶体管中创建了一系列亚稳态铁电相，并展示了它们的可逆转变。通过改变栅极偏压，质子可被逐步注入或抽出，实现沿沟道的铁电 {\alpha}-In2Se3 质子动力学的可控调控，并获得众多中间相。结合压电力显微镜与电滞回线测量，我们惊奇地发现 {\alpha}-In2Se3 质子化的栅极调控具有挥发性，不同于传统门控效应，且所创建的新相保持极性。第一性原理计算揭示其起源与具有可切换偶极子的亚稳态氢稳定化 {\alpha}-In2Se3 相的形成有关。此外，我们的方法实现了不同相的超低栅压切换（低于 0.4 V），并易于与晶体管组件集成。该工作为质子与铁电相变之间的相互作用提供了基础性见解，为触及铁电翻转中的隐藏相以及开发节能、多级切换存储器件提供了一条可行途径。
引用
@article{arxiv.2310.08054,
title = {Proton-mediated reversible switching of metastable ferroelectric phases with low operation voltages},
author = {Xin He and Yinchang Ma and Chenhui Zhang and Aiping Fu and Weijin Hu and Yang Xu and Bin Yu and Kai Liu and Hua Wang and Xixiang Zhang and Fei Xue},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.08054},
year = {2023}
}
备注
39 pages, 19 figures