南京大学奚啸翔团队Phys. Rev. Lett.: 多层3R-MoS2中铁电翻转的剪切模式拉曼成像
2026年5月20日,Phys. Rev. Lett.在线发表了南京大学奚啸翔教授课题组的研究论文,题目为《Shear-Mode Raman Imaging of Ferroelectric Switching in Multilayer 3R-MoS2》,论文的第一作者为Yulu Liu。
界面铁电性出现在范德华层状晶体中,将铁电性扩展到了传统系统(其中极化源于离子位移)之外。尽管单层单元可以是非极性的,但破缺反演对称性的堆叠能够实现层间电荷转移并产生面外极化,这种极化可以通过相邻层之间的相对滑移来翻转,通常被称为滑移铁电性。这种机制在少层晶体(包括WTe2、MoTe2、3R-MoS2、ReS2和菱方氮化硼)以及莫尔同质双层或多层中均可运作。这些进展使得超薄铁电器件以及对光学和电子特性的调控成为可能。
在此研究中,作者利用剪切模式拉曼成像来追踪多层3R-MoS2中的铁电翻转。在同一个薄片内,机械分割出的不同区域会独立响应并遵循不同的翻转路径。部分极化的终态表明,畴壁可以驻留在特定的层对之间,导致部分堆叠转变。中间态的停留时间变化很大,表明钉扎位点强烈影响着翻转动力学。二次谐波产生测量进一步揭示了三种特征性的样品边界和畴壁取向,其中包括一个在锯齿形-扶手椅形角平分线附近常见的手性方向。这些结果提供了一个直接、非侵入的视角,来观察典型滑移铁电体中由畴壁介导的翻转过程,并确定钉扎和机械剥离产生的边界是控制其动力学的关键因素。
图1 (a) MoS2薄片的光学显微图;(b) 最强剪切模式分支频率对应的拉曼成像图;(c) 随层数变化的拉曼光谱;(d, f) 三层和四层MoS2的堆叠构型;(e, g) 三层和四层MoS2的测得和计算得到的依赖于堆叠方式的剪切模式光谱图2 (a) 双栅极器件的示意图;(b) 三层器件中源漏电流随电场的变化关系;(c) 用于D35器件的三层薄片光学显微图;(d) 最强剪切模式分支频率对应的拉曼成像图;(e) 拉曼成像图;(f-g) 在区域1和区域2中代表性位置测得随电场变化的拉曼光谱图3 (a) 用于D34器件的多层薄片光学显微图;(b) 厚度和初始畴分布的拉曼成像图;(c) 拉曼成像图;(d-i) 在(c)图中标注的区域1-6中代表性位置测得随电场变化的拉曼光谱;(j-k) 区域2和区域3对应随电场变化的反射对比光谱;(l-n) 区域4-6在正向或反向扫描中切换路径的示意图图4 (a) MoS2晶格中特定方向的示意图;(b) 三层样品在平行偏振配置下,二次谐波强度随偏振角的变化关系;(c-d) 选自图2和图3的D35器件和D34器件在正向扫描过程中的拉曼成像图
Liu, Y., Watanabe, K., Taniguchi, T. et al. Shear-Mode Raman Imaging of Ferroelectric Switching in Multilayer 3R-MoS2. Phys. Rev. Lett., 2026, 136, 206202. https://doi.org/10.1103/2xv1-t31x
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