二维铁电半导体为构筑高密度超薄纳米电子器件中提供了新的功能性。在少数已合成的二维铁电材料中，α-In2Se3因其可电控的垂直极化而引起了广泛关注。然而，对于该材料的许多基本特性（如自发面内极化的存在性及其翻转机制）的理解仍存在争议，并伴随着相互矛盾的实验和理论结果。
面向这些问题，游陆教授课题组与西湖大学刘仕团队开展了实验和理论的合作研究。首先，结合压电响应力显微镜的实验表征和对称性分析，最终否定了此前关于 α-In2Se3存在面内铁电性的说法。其次，通过深度学习辅助的大规模分子动力学模拟，深入探讨了单层 α-In2Se3垂直极化翻转的过程，揭示了其原子级翻转机制与体相铁电体的根本不同。尽管 α-In2Se3缺乏有效的面内极化，其一维畴壁可以在垂直和面内电场的作用下移动，并表现出不寻常的雪崩动力学，其特征为突然且间歇性的移动模式。在不同温度、电场方向和强度下的传播速度可以用通用蠕变方程进行统计描述，该方程具有一个动力学指数为 2的特征，这一数值不同于所有已知的无序介质中弹性界面移动的值。本研究纠正了长期以来关于 α-In2Se3面内铁电性的误解，对畴壁速度的定量表征将对二维铁电体的基础理解和技术应用具有广泛影响。
相关工作以“Intrinsic ferroelectric switching in two-dimensional α-In2Se3”为题发表在ACS Nano上，苏州大学物理学院硕士研究生罗中慎为文章的共同第一作者，游陆教授和刘仕教授为论文的共同通讯作者。
以上工作获得了国家自然科学基金委面上项目的支持。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c06619
