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在此，來自武漢大學等研究者開發了一種物理氣相沉積方法來合成二維摻雜p的SnSe。相關論文以題為“Two-dimensional multiferroic material of metallic p-doped SnSe”發表在Nature Communications上。

同時具有鐵磁和鐵電性質的多鐵材料，由于其新興的物理性質(如磁電耦合、非互易、拓撲順序和熱霍爾效應等)以及在存儲器件、自旋電子器件和無損數據存儲等方面的多功能應用，而受到越來越多的關注。一般來說，過渡金屬部分充滿的d/f軌道中的電子自旋順序導致了磁性的演化，打破了時間反演對稱性。而鐵電性往往來自于d/f軌道為空的穩定偏心離子的剩余極化，破壞了空間反轉對稱性。在這方面，低對稱材料中的多鐵元素的探索是有前景的，也做出了相當大的努力(如NiI2、GaFeO3、BiFeO3、TbMnO3和MnWO4等)。雖然人們一直在尋求利用二維(2D)多鐵材料構建高性能磁電耦合器件，但進展并不理想。

IV族單硫族化合物，如SnSe，具有扭曲的彎曲結構，被預測為具有自發電極化和晶格應變的鐵彈-鐵電多鐵。近年來，鐵電性在SnSe和SnS中分別得到了實驗驗證。例如，在溶劑輔助合成的SnSe納米壁/微球中，觀察到形狀相關的平面內壓電響應(壓電系數為~19.9 pm V-1)。在物理氣相沉積(PVD)生長的15層以下的SnS納米片中存在室溫鐵電性。在分子束外延(MBE)在石墨烯上合成的單分子層SnSe中，發現了臨界溫度接近400 K的魯棒鐵電性，且其鐵電疇可由偏置電壓控制。值得注意的是，對IV族單硫族化合物的鐵磁探索尚不存在，盡管鐵磁-鐵電復合鐵磁在構建高效寫入和低能耗讀取的磁電器件方面很有前途。SnSe是一種典型的非磁性元件，但通過空穴摻雜可以誘發磁矩。

在此，研究者設計了一種高通量PVD方法，以可控的方式在云母上合成二維p摻雜SnSe。由于SnSe2微疇的局部相偏析和伴隨的界面電荷轉移，在二維p摻雜SnSe中發現了金屬特征。在PVD合成的二維p摻雜SnSe中，同時存在室溫鐵磁性和魯棒鐵電性，充分說明了其多鐵性。通過結合密度泛函理論(DFT)計算和電輸運/壓電響應力顯微鏡(PFM)測量，明確了內部機制。有趣的是，在二維摻雜p的SnSe中，當居里溫度接近~337 K時，已經證明了室溫的鐵磁性。同時，在SnSe2引入的去極化場作用下，鐵電性依然保持。這項工作為探索二維極限下的磁電耦合和構建高性能邏輯器件擴展摩爾定律提供了重要的進展。

圖1 云母表面可調厚度SnSe納米片的可控合成。

圖2 PVD合成的二維SnSe的原子結構。

圖3 PVD合成的二維p摻雜SnSe的金屬行為。

圖4 PVD合成的二維p摻雜SnSe的鐵磁性。

圖5 二維p摻雜SnSe的鐵電性測定。

綜上所述，研究者通過簡單的PVD法在云母襯底上成功合成了大疇、厚度可調的SnSe納米片。在SnSe2和SnSe形成焓相似的條件下，發現了SnSe2微疇的局域相偏析和界面電荷轉移，從而導致二維p摻雜SnSe中出現了簡并半導體和金屬特征。更有趣的是，通過DFT計算、SQUID和MFM/PFM測量，PVD合成的二維金屬p摻雜SnSe的室溫鐵磁性和魯棒鐵電性得到了驗證，從而建立了多鐵性質。這一結果為二維多鐵材料的可控合成提供了突破，為未來二維多鐵材料在下一代邏輯器件中的工業化應用開辟了可能。