内布拉斯加大学林肯分校的斯科特·施拉格 二硫化钼的侧视图，这是一种技术上很有吸引力的材料，每一个钼(紫色和蓝色)对应两个硫原子(黄色和绿色)
内布拉斯加州的研究人员发现，绿色硫原子的向上移动有助于铁电性的出现，铁电性是一种珍贵但罕见的属性，可以帮助用更少的功率编码数字数据
鸣谢:阿列克谢·利帕托夫/ npj 2D材料与应用 堆叠一副卡片的纳米级等效物——将只有几个原子厚的材料一层层叠起来——已经成为全世界材料科学家和电子工程师最喜欢的消遣
正如卡片可以因花色和价值而不同，那些原子级薄的2D材料的属性也可以不同:电子的、磁性的、光学的或任何其他方式
就像组合正确的牌可以产生有价值的手牌一样，2D材料的正确组合可以产生有技术价值的结果
内布拉斯加大学——林肯大学的Alexei Gruverman，Alex Sinitskii和他的同事们已经证明了一种特殊的2D材料，已经被认为是一张脸卡，实际上是一张王牌
这种材料是二硫化钼，或二硫化钼
与来自卢森堡、中国和法国的合作伙伴一起，Husker的研究人员展示了二硫化钼拥有一种长期理论化的属性，可以帮助计算机、电话和其他微电子设备节省电能和精确的电气状态，即使在关闭后也是如此
二硫化钼节能、省电的承诺来自一种珍贵但不常见的特性——铁电性
否定词vs的垂直分隔和排列
铁电材料中的正电荷可以通过施加电压瞬间翻转
这些相反排列或极化的状态可以被读取或存储为二进制数据的1和0，即使切断电源，这些状态仍然存在
这种“一劳永逸”的优势还在于，电压可以翻转极化，分别编码1或0，而消耗的能量远远低于通常用于编码数字数据的磁场
总的来说，这些优点使铁电材料在未来更加依赖微电子技术的时代成为一个重要角色
理论支持的模拟表明二硫化钼就是这样一种材料
然而，和其他2D材料一样，证明它是极其困难的
但是，通过用纳米针刺激二硫化钼薄片，同时用电场激发这种材料，哈斯克尔领导的团队成功地证实了二硫化钼实际上是铁电的
研究人员说，这种材料的极化状态一次可以保持长达数周，并且是在MoS2薄片位于其他几种材料的任何一种之上时观察到的
“一般来说，二维材料中的铁电性是一种新现象，”内布拉斯加州化学教授Sinitskii说
“这是最近才发现的，表现出铁电极化的二维系统的例子仍然非常有限
" 因此，仅凭铁电性，就足以让二硫化钼在2D材料中排名上升
然而，二硫化钼还具有其他特性，吸引着致力于制造更好设备的工程师们
它相对容易生长，首先大量生长，然后借助透明胶带剥离原子级薄层
与许多2D同类产品不同，它暴露在空气中时仍能保持稳定，并且与许多电子元件中的富氧材料配合良好
除此之外，它是硅脉中的半导体材料——集成电路或微芯片的长期选择——这意味着它的电流可以不费吹灰之力被触发和停止
格鲁弗曼说，这使得二硫化钼有别于大多数铁电体
研究人员说，在该小组的研究发表在《npj 2D材料与应用》杂志上之后，MoS2现在加入了少数几个拥有高但可控的电导率和容易切换极化的材料
查尔斯·马赫大学物理学和天文学教授格鲁弗曼说:“人们一直在努力将半导体和铁电特性结合在一种材料中，因为这将使它成为一种非常强大的材料——如果你愿意，可以说是半导体行业的圣杯。”
我们观察到的结构显然是前所未有的 一种材料的原子可以呈现不同的构型，从而产生不同的性质
这种现象最著名的例子可能是碳，从柔软的黑色煤块到几乎坚不可摧的透明钻石
二硫化钼也不例外，每两个硫就有一个钼原子
在其最稳定的状态下，被称为2H，这种材料作为一种半导体，但实际上缺乏铁电性
但是研究小组发现，用一个极小的点刺激二硫化钼会使一些硫原子向上移动，改变这些原子和钼之间的距离
这反过来改变了原子电子云的分布，最终将半导体2H转变为更具导电性的铁电相，即1T
" 为了转换二硫化钼的极化，研究人员利用了所谓的挠曲电效应:当材料在机械应力的作用下开始变形时，其电学行为发生变化
半个多世纪以来，物理学家已经知道，应变的变化越大，也就是说，材料不同区域在压力下变形的差异越大，电极化就越明显
Gruverman说，较厚的材料往往经历相当均匀的应变，导致有限的极化和编码二进制数据的有用性
像二硫化钼这样的2D材料——特别是用最精细的点刺的材料——是一种非常不同的前景，会产生巨大的应变差异，从而产生巨大的挠曲电效应
“在像二硫化钼这样薄的材料中，这种挠曲电效应非常深远，”格鲁弗曼说
“重要的是，这种方法可以作为一种非常有效的工具来控制铁电体中的极化状态
“现在我们已经证明，除了电场，我们还可以利用机械应力来控制或调节这些异质结构的电子特性
" 该小组还发现了一个可能对二硫化钼有利的惊喜
虽然Sinitskii和他的同事们制造的薄片几乎是原始的，但该团队偶尔会遇到比他们预期的弱得多的偏振信号
出于好奇，Sinitskii有了翻转薄片并再次测量信号的想法，希望收集对本质上是2D材料的超薄第三维的见解
当他们这样做时，研究人员确定这些薄片包含随机交替的极化层——一些正电荷在顶部，负电荷在底部，另一些则相反
“我们观察到的结构显然是前所未有的，因为人们以前观察到的二维铁电结构都没有表现出这种铁电畴的排列，”Sinitskii说
这些随机交替层的存在意味着另一个惊喜
在某些情况下，带相同符号的电荷相互碰撞——正对正或负对负——而不会像通常预期的那样相互排斥
怎么会？研究小组怀疑1T”mos 2特别高的导电性促进了这些层之间足够的电荷流动，从而防止了排斥
格鲁弗曼说，有可能通过翻转二硫化钼薄片的极化来控制层内电流，这提供了另一种超本地化的数据编码方式
格鲁弗曼说:“一层材料中的偏振态与相邻层的偏振态无关，这是很不寻常的。”
“通常，这种头对头、尾对尾的配置是非常不利的
然而，似乎在这里，这些层对相邻层中的偏振态绝对不敏感
" Sinitskii说，但是二硫化钼的全部前景只有在材料科学家——现在知道了二硫化钼的真正价值——设法在合适的人手里使用它的时候才能显现出来
“这是一个非常热门的话题，”辛尼茨基说
“有许多人真的在将这些不同的层进行洗牌，然后将它们一层一层地堆叠起来
现在他们有了另一种二维材料，可以添加到这些堆栈中，使它们更加多样化，更加可编程，最终更加有用
"
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