湘大物理与光电工程学院取得重要科研成果

本网讯 近日，湘潭大学物理与光电工程学院科研团队在二维功能电子材料预测与器件设计研究方面取得重要研究进展，在国际著名应用物理期刊《应用物理快报》（Applied Physics Letters，自然指数期刊）上在线发表了题为“范德化垂直铁电：从理论模型到器件”（Vertical ferroelectricity in van der Waals materials: Models and devices）的研究论文。该论文被编辑评选为该杂志2023年第14期的封面文章（Cover）和特色文章（featured article）。物理与光电工程学院博士研究生张宇文为论文第一作者，何朝宇教授、欧阳滔教授、唐超教授为论文共同通讯作者，湘潭大学为论文第一单位。

铁电性在功能电子学中有广泛的应用，对下一代信息存储技术的发展具有重要意义。铁电材料具有可以通过外部电场进行切换的极化，在传感器、场效应晶体管和存储设备等应用中扮演着关键角色。然而，铁电材料特殊的对称性要求使得其在实验中非常稀少。团队基于范德华堆叠理论，创造性地提出了一种实现铁电器件的通用理论模型，并设计了一种可由任意范德华半导体材料构建的具有垂直铁电性的电子器件，为未来的信息存储应用提供了新的理论基础和实现途径。

近年来，湘潭大学物理与光电工程学院科研团队致力于二维功能电子材料的结构预测与器件设计研究，在国际著名物理学术期刊发表了一系列研究成果。团队利用自主研发的RG2晶体结构搜索软件，发现了一类具有超高压电性（d11分别高达263.77 pm/V和298.48 pm/V）的V族单层二元化合物材料ψ-BiP和ψ-SbP，为柔性电子材料的开发应用提供了新的候选材料（Physical Review Materials, 2023, 7, 016001）；发现一类具有超高压电系数的具有T相结构的新型Ⅳ族单硫属化合物MX (M = Sn, Ge; X = S, Se)，并揭示其压电性能的物理机制（Applied Physics Letters, 2023，122, 062903）；利用USPEX软件搜索到具有强铁电性和非凡压电性的V族单层材料:δ-AsN, δ-SbN和δ-BiN，为未来设计新型二维高性能电子器件提供了新的途径（Nanoscale, 2023, 15, 6363-6370）；利用先进的实时机器学习势（MLP），以VA-N铁弹性材料为例，设计了一种基于其铁弹性特性的可逆热开关装置，为设计下一代热开关提供了一种新的方案，并为理解长波长极限下声子色散曲线违反二次色散规律的物理现象提供了一种新的途径（Applied Physics Letters, 2023, 122, 182204）。此外，团队还开发了一种基于自适应遗传算法，可高效和准确识别具有优异热电性能的二维碳结构设计软件（登记号2022SR0523525），并对新型石墨烯和石墨炔的热电转换特性开展了系统研究。

这一系列研究工作得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省“三尖”创新人才工程项目等项目的资助。（通讯员 夏莺）