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

同時具有鐵磁和鐵電性質(zhì)的多鐵材料，由于其新興的物理性質(zhì)(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(shù)據(jù)存儲等方面的多功能應用，而受到越來越多的關(guān)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?qū)е铝舜判缘难莼蚱屏藭r間反演對稱性。而鐵電性往往來自于d/f軌道為空的穩(wěn)定偏心離子的剩余極化，破壞了空間反轉(zhuǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)，被預測為具有自發(fā)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(guān)的平面內(nèi)壓電響應(壓電系數(shù)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(fā)現(xiàn)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(gòu)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(fā)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(zhuǎn)移，在二維p摻雜SnSe中發(fā)現(xiàn)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(jié)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(nèi)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(jīng)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(gòu)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(diào)厚度SnSe納米片的可控合成。

圖2 PVD合成的二維SnSe的原子結(jié)構(gòu)。

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(diào)的SnSe納米片。在SnSe2和SnSe形成焓相似的條件下，發(fā)現(xiàn)了SnSe2微疇的局域相偏析和界面電荷轉(zhuǎn)移，從而導致二維p摻雜SnSe中出現(xiàn)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(zhì)。這一結(jié)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(yè)化應用開辟了可能。