由于层间耦合较弱,在CrX2(X = S、Se、Te)双层结构中实现了低铁电开关势垒以及不受堆叠结构影响的电子特性

《The Journal of Physical Chemistry C》:Low Ferroelectric Switching Barriers and Stacking-Insensitive Electronic Structures in CrX2 (X = S, Se, Te) Bilayers Enabled by Weak Interlayer Coupling

【字体: 时间:2025年10月24日 来源:The Journal of Physical Chemistry C 3.2

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  二维铁电体CrX?(X=S, Se, Te)的滑移铁电性通过第一性原理与vdW修正研究发现,原子半径增大和电负性降低协同调控vdW作用与Cr-3d/X-pz杂化,使极化开关势垒从5.47降至0.18 meV,同时极化强度下降,带隙随X变化显著(1.44→1.05 eV)。

  
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二维(2D)铁电材料因其原子级厚度和可调的极化特性,在下一代非易失性存储器和低功耗纳米电子设备中具有巨大潜力。其中,人工堆叠的非极性2D材料中的滑动铁电效应为在多种层状系统中实现可切换极化提供了一种灵活的方法。通过结合第一性原理计算和半经验范德华(vdW)色散修正,我们系统研究了CrX2(X = S, Se, Te)双层的电子结构和滑动铁电性。我们发现了一种协同控制机制:硫属元素(X)的原子半径增大和电负性减小共同调节了层间范德华相互作用以及Cr-3d/X-pz轨道的杂化程度。这种相互作用导致极化切换势垒从每个单元格的5.47 meV显著降低到0.18 meV,同时层间极化强度也从0.61 pC/m下降到0.02 pC/m(随着X从S变为Te),主要原因是层间耦合的减弱。此外,CrX2双层的电子结构和弹性常数对堆叠配置基本不敏感,进一步证实了层间耦合的微弱性。在最稳定的层状(BA)堆叠结构中,带隙显示出明显的元素依赖性,从CrS2的1.44 eV系统性地降至CrTe2的1.05 eV。这些发现突显了元素组成与层间耦合在调节2D铁电性方面的关键协同效应,为未来高密度、低功耗存储器和逻辑设备的设计提供了基本原理。

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