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铁电畴壁的结构和动力学对于铁电体的极化切换至关重要，而在二维铁电α-In ₂ Se ₃ 中，这方面的研究相对较少。通过选择二维材料中的堆叠顺序进行层间相互作用工程可以调节铁电特性。

2024年12月2日，复旦大学 车仁超 教授、浙江大学 赵昱达 研究员、中国人民大学 季威 教授在国际知名期刊 Nature Communications 发表题为《Stacking selected polarization switching and phase transition in vdW ferroelectric α-In ₂ Se ₃ junction devices》的研究论文。

在这里，作者报告了2H和3R堆叠α-In ₂ Se ₃ 中依赖堆叠的铁电畴壁，阐明了铁电半导体-金属结器件中的电阻切换机制。

在3R α-In ₂ Se ₃ 中，面外铁电畴壁的面内运动产生大的磁滞窗口。相反，2H α-In ₂ Se ₃ 器件有利于面内畴壁和面外畴壁运动，产生小的滞后窗口。

高电场诱导In ₂ Se ₃ 发生铁顺电相变，其中3R In ₂ Se ₃ 通过层内原子滑移实现相变，而2H In ₂ Se ₃ 则经历包括层内键解离和层间键重建的复杂过程。

作者的研究结果证明了通过堆叠配置可调节铁电特性，为铁电器件中的材料工程提供了扩展的维度。

图1： 二维和三维α-In ₂ Se ₃ 中铁电畴结构的原子级表征

图2： α-In ₂ Se ₃ 中铁电畴壁的堆叠依赖性机制

图3： 原位电场驱动的α-In ₂ Se ₃ 向β-In ₂ Se ₃ 相变

本研究揭示了二维范德瓦尔斯铁电材料α-In ₂ Se ₃ 中铁电畴壁的堆叠依赖性，发现2H和3R堆叠配置对铁电畴壁类型、铁电极化翻转行为和相变路径有显著影响。作者通过STEM表征和DFT计算验证了这一机制，表明铁电畴壁的类型和运动与α-In ₂ Se ₃ 的具体堆叠配置有关。此外，研究还发现堆叠配置也影响电场下铁电降解的原子机制。这些发现不仅增进了对二维铁电材料中铁电畴壁动力学的理解，而且为通过层堆叠调制工程铁电材料和铁电器件提供了一个独特的平台。