对称性破缺诱导二维亚稳态马赛克状异质结构中的室温界面铁电性

《Nature Communications》：Symmetry breaking induces room-temperature interface ferroelectricity in two-dimensional metastable mosaic-like heterostructures

　　

摘要

具有独特性质的亚稳结构在电子应用方面具有巨大潜力。然而，它们倾向于转变为热力学更稳定的相，这带来了巨大挑战，因为稳定这种亚稳相通常需要极端条件和复杂的合成策略。在此，我们展示了利用熔融共晶盐合成亚稳态 SmO₂/Sm₂O₃ 马赛克状侧向异质结构。尽管 SmO₂ 和 Sm₂O₃ 各自单独都是中心对称的，但接合处的界面对称性破缺同时破坏了螺旋对称性和反演对称性，导致了具有空间反演破缺的局部非中心对称构型。这种结构不对称性诱发了内建偶极、非线性光学响应和室温界面铁电极化。此外，垂直取向的界面为定向离子传输提供了受限路径，抑制了非定向扩散。基于亚稳异质结构的忆阻器展现出高性能，其特征为最大开/关比超过 10⁹，开关速度最快达 47.3 纳秒，保持时间超过 10⁴ 秒。开关机制与场驱动氧空位沿垂直异质界面迁移一致，并受电极上可逆氧吸附与解吸的调控。本工作提供了一条潜在途径，用于开发利用具有耦合类铁电极化与电阻开关功能的亚稳氧化物异质界面的高性能忆阻器。