为未来的电子产品开发一种新的层状材料

一项由 RMIT 领导的新研究将两种不同类型的 2D 材料堆叠在一起，以创建一种提供增强特性的混合材料。这种混合材料具有宝贵的特性，可用于未来的存储器和电子设备，如电视、计算机和电话。最重要的是，无需外部应变即可控制新堆叠结构的电子特性，为未来低能晶体管的使用开辟了道路。

结果是一种新的潜在材料用于多铁纳米器件，例如场效应晶体管和存储器件，与当前的硅基电子产品相比，它可以使用更少的能量运行，并且可以使电子元件更小。

原子级薄的构建块

这项工作使用的结构包括两种原子薄的材料：铁电材料薄膜和磁性材料薄膜。(这种两种或多种不同材料的结构称为“异质结构”。)

通过将两种二维材料堆叠在一起，研究人员创造了一种“多铁性”材料，它结合了铁电材料和铁磁材料的独特特性。

铁磁(或磁性)材料是常见的，例如具有永久、固有磁性的材料，例如铁。在铁磁材料中，电子自旋可以对齐形成强磁场(这就是它们可以被“磁化”的意思)。

铁电材料可以被认为是铁磁材料的电类比，它们的永久电极化类似于磁铁的北极和南极。

多铁性材料只是那些表现出不止一种铁质特性(在这种情况下是铁磁性和铁电性)的材料。

具体来说，研究人员发现他们可以使用固有的铁电特性来调整In 2 Se 3 / Fe 3 GeTe 2异质结构的肖特基势垒高度，而不是使用其他系统所需的施加应变。(肖特基势垒是通过将金属与半导体连接起来产生的能量差。)

需要能够调整屏障的高度，才能将电流从交流 (AC) 转换为直流 (DC)，以用于电视、计算机和其他日常电子设备中的二极管等电子元件。

由此产生的可切换肖特基势垒结构可以形成二维场效应晶体管 (FET) 中的基本组件，该晶体管可以通过切换本征铁电极化而不是通过施加外部应变来操作。

无外力切换

这项工作采用了两个二维单层的异质结构：In 2 Se 3和 Fe 3 GeTe 2(通常缩写为“FGT”)，其中 In 2 Se 3是铁电半导体，FGT 是磁性/铁磁材料。

“我们的研究结果表明，In 2 Se 3 /FGT 提供了与其他异质结构相当的特性，但不需要外部应变，”通讯作者 Michelle Spencer 教授说。“我们不仅可以通过这种异质结构控制势垒高度，而且还可以在 n 型和 p 型肖特基势垒之间切换。”

In 2 Se 3 /FGT异质结构的这种可控性和可调性可以大大拓宽其在未来低能电子器件中的器件潜力。

“我们发现 In 2 Se 3配置之间的结构和电子特性切换发生了显着变化。这种变化使这种异质结构可用作可切换的二维肖特基二极管器件，”主要作者 Maria Javaid 博士说。

从理论到实验室

这一发现直接适用于 FLEET 对超越 CMOS 电子器件的新一代超低能耗技术的使命。

除了为多铁性纳米器件引入新的可能途径外，该工作还将激励该领域的实验者探索在未来低能电子器件中使用 In 2 Se 3 /FGT 的更多机会，例如：

合成一种新的多铁异质结，该异质结能够“调节”肖特基势垒高度，并通过铁电极化开关在n 型和 p 型之间切换。

探索 In 2 Se 3与其他铁磁材料的异质结构。