堆叠诱导的四层石墨烯铁电性
介观与纳米尺度物理
2025-04-11 v1
摘要
近期的研究报道了在扭转或 moiré 工程化的石墨烯基范德华异质结构中涌现的铁电行为，但该效应的微观起源仍存争议。由于中心对称晶格，原始的单层或少层石墨烯缺乏永久偶极子，使得铁电性的涌现不太可能发生。然而，混合堆叠石墨烯（例如 ABCB 四层构型）打破了反演和镜像对称性，且在理论上被预测支持电可切换偶极子。ABCB 石墨烯代表了展现本征面外极化的最简单的天然石墨烯多型体，这种极化源于其层间不对称的电荷载流子分布。在此，我们报道了由六方氮化硼封装的双栅极、非对齐 ABCB 四层石墨烯中稳健的铁电行为。该器件在顶部和底部栅极调制下均表现出显著的电阻滞回效应，且该效应可持续至室温。这种滞回效应源于可逆的层极化电荷重排，该重排由栅极诱导的 ABCB 与 BCBA 堆叠构型之间的转变驱动——无需 moiré 超晶格。我们的研究结果确立了堆叠序诱导的对称性破缺作为石墨烯中电子铁电性的基本途径，并为基于天然混合堆叠多层石墨烯的非易失性存储器应用开辟了道路。
引用
@article{arxiv.2504.07935,
title = {Stacking-induced ferroelectricity in tetralayer graphene},
author = {Amit Singh and Shuigang Xu and Patrick Johansen Sarsfield and Pablo Diaz Nunez and Ziwei Wang and Sergey Slizovskiy and Nicholas Kay and Jun Yin and Yashar Mayamei and Takashi Taniguchi and Kenji Watanabe and Qian Yang and Kostya S. Novoselov and Vladimir I. Falko and Artem Mishchenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.07935},
year = {2025}
}