综述:扭转二维异质结构中莫尔图案构型与机电响应的原位应力调控

【字体: 时间:2025年07月26日 来源:Materials Science and Engineering: A 6.1

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  这篇综述创新性地采用压电力显微镜(PFM)结合正交相位差分干涉仪(QPDI)技术,系统研究了小扭转角h-BN莫尔超晶格的机电耦合特性。研究发现AB/BA堆叠域与鞍点区域存在180°相位反转的极化分布,应变梯度显著增强鞍点区域的机电响应,并通过原位应力实现了莫尔结构的动态调控,为新型铁电材料设计提供了新思路。

  

Abstract
莫尔图案凭借独特的堆叠构型和复杂机电耦合行为,已成为探索新物理现象的重要平台。通过压电力显微镜(PFM)结合正交相位差分干涉仪(QPDI)分析技术,首次精确揭示了小扭转角h-BN(t-BN)中AB/BA堆叠域与鞍点区域的反向极化分布,其相位差达180°。应变显著改变鞍点区域的极化分布,导致莫尔域内与畴壁区域的机电行为差异。

Introduction
二维范德瓦尔斯(vdW)异质结构通过层间旋转或晶格失配可构建周期性莫尔超晶格,产生可调谐的周期性势场调制。莫尔材料中复杂的堆叠排列引发了超导性、铁磁态、滑动铁电性等新奇物理现象。由于堆叠类型决定的局域面外极化,莫尔图案可被视为面外铁电畴。原子层弯曲、自发曲率和层间滑移导致鞍点区域产生显著应变梯度,使得极化分布呈现复杂特征。

Results and discussion
在t-BN中,扭转诱导形成的莫尔超晶胞包含AB/BA、AA和中间堆叠(IM)等多种构型。通过高精度QPDI-PFM技术观测到:

  1. AB与BA堆叠域呈现180°相位反转的极化信号
  2. 鞍点区域出现被畴壁分隔的条纹状反向相位区
  3. 应变梯度使鞍点区域的压电响应强度高于AB/BA域

Conclusions
该研究不仅深化了对莫尔材料机电性能的理解,更通过原位应力调控实现了:
• 鞍点区域的扩展变形
• 应变依赖的机电响应增强
• 堆叠域面积的动态调节
为机械控制莫尔结构和设计新型铁电器件提供了重要理论基础。

Sample fabrication
采用"撕裂-堆叠"技术制备t-BN样品:

  1. 机械剥离h-BN至Si/SiO2(90nm)基底
  2. 70-90°C下用PMMA/PC薄膜依次拾取旋转后的h-BN层
  3. 最终转移到预图案化电极的SiO2/Si基底

Author contributions
董彪负责论文审阅与软件处理,潘二完成初稿撰写与数据可视化,刘庆进行原始稿件撰写与实验监督,刘福才教授负责总体构思与经费支持。研究获得国家重点研发计划(2020YFA0309200)和国家自然科学基金(92477115, 62274024)等项目的资助。

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