初现的铁电性（incipient ferroelectricity）架起了传统介电体和真正的铁电体之间的桥梁，使得先进的电子和存储设备成为可能。首先，本研究报告了
在与单层MoS2集成的自由悬挂的SrTiO3纳米膜中观察到的初现铁电性，以创建多功能设备，展示了在低温下为超导存储设备稳定的铁电序。
观察包括
超快的极化开关（约10纳秒）、低开关电压（小于6伏）、超过10年的非挥发性保持、100,000次耐久循环，以及在15K和高达100K的SrTiO3门控MoS2晶体管中的32种电导状态（5位存储）。
此外，利用室温下弱极化开关，即初现铁电性的特征，构建了一个用于模式识别的物理储备库。结果展示了利用在自由悬挂膜生长和异质集成方面的进步所实现的钙钛矿材料属性，用于多种功能应用的潜力。值得注意的是，制造3D SrTiO3/2D MoS2设备堆叠的低180°C热预算使得多种材料能够集成到硅互补金属氧化物半导体技术中，解决了计算存储和神经形态应用中的挑战。
1. 生长和表征SrTiO3（STO）膜：
- 使用混合分子束外延（MBE）系统在LaAlO3（LAO）基底上生长SrO（002）牺牲层，然后生长STO（001）薄膜。
- Sr通过热蒸发单元供应，Ti通过金属有机前驱体（TTIP）供应，O2通过射频（RF）等离子体源供应。
- 在生长前，LAO基底被加热至950°C并用O2等离子体清洁10分钟。
- 使用反射高能电子衍射（RHEED）监测膜的生长，原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD）用于表征生长膜的结构。
2. 制造局部背栅岛：
- 在p++-Si衬底上，通过旋涂PMMA抗蚀剂层，电子束光刻和显影步骤来定义局部背栅岛。
3. STO纳米膜转移到局部背栅衬底：
- 使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章将STO膜从LAO基底转移到局部背栅岛上。
4. 大面积MoS2薄膜生长及其TEM/STEM表征：
- 在a-平面蓝宝石衬底上通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统生长MoS2薄膜。
- 使用Mo(CO)6作为金属前驱体，H2S作为硫源，H2作为载气。
- 通过TEM和STEM对MoS2薄膜进行表征。
5. MoS2薄膜转移到STO纳米膜上：
- 使用PMMA辅助湿法转移方法将MoS2薄膜从生长衬底转移到STO纳米膜上。
6. 制造2D MoS2晶体管：
- 通过电子束光刻和SF6等离子体刻蚀定义MoS2晶体管的通道区域。
- 通过电子束蒸发沉积Ni/Au层形成源漏接触，并进行提拉工艺去除电子束抗蚀剂。
1. 初现铁电性（Incipient Ferroelectricity）的探索与应用：
- 论文首次报道了在自由悬挂的SrTiO3（STO）纳米膜中与单层MoS2集成时展现的初现铁电性，这种性质介于传统介电体和真正的铁电体之间，为先进电子和存储设备的开发提供了新的可能性。
2. 低温稳定铁电序的实现：
- 研究团队展示了在低温下稳定的铁电序，这对于超导存储设备来说是一个重要的特性。特别是在15K至100K的温度范围内，STO门控MoS2晶体管展现了快速开关速度（<10纳秒）、低开关电压（<6伏）、超过10年的非挥发性保持、超过100,000次的耐久循环，以及能够存储32种不同的电导状态（5位存储）。
3. 室温弱极化开关的利用：
- 利用室温下弱极化开关的特性，构建了一个用于模式识别的物理储备库，这是初现铁电性的另一个应用。
4. 多功能2D FETs的开发：
- 通过将STO纳米膜与单层MoS2集成，开发了多功能的二维场效应晶体管（2D FETs），这些设备不仅在低温下表现出快速稳定的铁电极化开关，还具有高速、低功耗和长期保持的特性。
5. 低温存储设备的开发：
- 利用STO门控MoS2 FETs在低温下稳定的铁电序，研究团队探索了开发快速、低功耗的低温存储系统的可能性，这对于空间电子学和量子计算机的发展尤为重要。
6. 神经形态计算硬件的构建：
