滑移鐵電滑出新厚度

1.引子

圖波列夫不會(huì)想到，圖16被中國(guó)引進(jìn)后，歷經(jīng)六十余年改進(jìn)型號(hào)、開(kāi)枝散葉，從6A至6N，至今仍能作為重器出現(xiàn)在閱兵式上。亨利?奧古斯特?羅蘭也不會(huì)想到，他的高徒看到“霍爾效應(yīng)”后，百年來(lái)又涌現(xiàn)出了量子霍爾效應(yīng)、分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、量子自旋霍爾效應(yīng)、反常量子霍爾效應(yīng)等。這些成果，已斬獲包括2個(gè)諾獎(jiǎng)+ 2個(gè)巴克利獎(jiǎng)的眾多獎(jiǎng)項(xiàng)。這些歷史印記，既是歷歷在目，亦屬意料內(nèi)外，組成了各自所在領(lǐng)域熠熠生輝的進(jìn)程。

即便是不溫不火的鐵電領(lǐng)域，也可找到很多精彩紛呈之處?，F(xiàn)在，鐵電也有了整數(shù)和分?jǐn)?shù)量子鐵電。這整數(shù)、分?jǐn)?shù)，并不是說(shuō)有類(lèi)似的量子化平臺(tái)，而是離子位移達(dá)整數(shù)/ 分?jǐn)?shù)倍晶格。如果用現(xiàn)代極化理論去處理，會(huì)得出“量子化”的鐵電極化值。對(duì)于后者，徐長(zhǎng)松、向紅軍老師已在《》一文有詳細(xì)介紹。而筆者自2013年預(yù)測(cè)在石墨醇質(zhì)子導(dǎo)體中可能有(整數(shù)) 量子化鐵電之后，便不甘作此寂寂，遭遇了此后相關(guān)投稿次次被編輯和審稿人痛擊的經(jīng)驗(yàn) [1-3]。此類(lèi)概念，雖不能說(shuō)完全沒(méi)有實(shí)驗(yàn)證據(jù)支撐，比如2024年幾種質(zhì)子導(dǎo)體都測(cè)出了高達(dá)幾萬(wàn)μC/cm2的電極化 [4, 5]，但總體上仍未得到同行廣泛認(rèn)可。徒喚奈何，亦有不甘。對(duì)此，以后如有機(jī)會(huì)，筆者將再寫(xiě)另一篇細(xì)說(shuō)。

圖 1. 對(duì)滑移 / 莫爾鐵電潛在應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和與二維材料各種物性可能耦合的展望。

相比之下，筆者在2017年預(yù)測(cè)[6]、并于2021年命名的“滑移鐵電(sliding ferroelectricity)”[6][7]，雖然翻轉(zhuǎn)機(jī)制也很“不正經(jīng)”，極化還弱小得多，卻有幸在各種不同體系中得到大規(guī)模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。自MIT的Pablo Jarrillo-Herrero和以色列Tel Aviv University的Moshe Shalom 兩個(gè)團(tuán)隊(duì)在BN雙層測(cè)出滑移鐵電效應(yīng)之后(見(jiàn)拙文《》)，在“滑移電子學(xué)(slidetronics)”名號(hào)之下，過(guò)去五年來(lái)已涌現(xiàn)十多篇NS正刊和五十多篇NS子刊論文，不亦樂(lè)乎。

猶記得，前些年筆者還在綜述里用圖1 畫(huà)大餅[7]：(1) 這種滑移機(jī)制，勢(shì)壘極低、高速低耗，且不會(huì)像傳統(tǒng)鐵電那樣存在氧空位遷移聚集之類(lèi)所帶來(lái)的鐵電疲勞；(2) 二維材料的各種豐富物性，如磁、光、谷、拓?fù)?、超?dǎo)等，也容易和滑移鐵電耦合，使得非易失電控這些效應(yīng)和物性成為可能。

現(xiàn)在回頭去看，那時(shí)的信口一說(shuō)，如今還真有實(shí)驗(yàn)報(bào)道，實(shí)現(xiàn)了用滑移鐵電調(diào)控超導(dǎo)[8]、激子[9]、拓?fù)鋄10] 等性質(zhì)。至于高速、低電壓、抗疲勞的紀(jì)錄，也在MIT的Jarrillo-Herrero、電子科大劉富才、南方科大/ 香港城市大學(xué)王峻嶺、中科大李曉光、天津大學(xué)耿德超等課題組的實(shí)驗(yàn)中得到不斷推進(jìn)[11-14]。而在北大劉開(kāi)輝、中科院物理所白冬雪、南京大學(xué)王欣然等團(tuán)隊(duì)所開(kāi)發(fā)的各種材料生長(zhǎng)絕技加持下，晶圓級(jí)滑移鐵電單晶已不是夢(mèng)想[15, 16]。Moshe Shalom老兄甚至還拿到風(fēng)投支持，成立了做滑移鐵電器件的公司“SlideTro”。且祝他早日盈利、發(fā)財(cái)。

2.要不要金盆洗手？

在“滑移鐵電”的概念和理論得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，Ising老師曾建議筆者金盆洗手，去搗鼓點(diǎn)別的新東西。的確，去看看這兩年在PRL上出現(xiàn)的20多篇滑移鐵電理論計(jì)算文章，讀者能感受到高階拓?fù)洹⒘孔訋缀巍⑷赫摲治?、含時(shí)激發(fā)態(tài)、機(jī)器學(xué)習(xí)的各種高端方法在漫天飛舞。這些個(gè)絕技，哪個(gè)是敝組能搞定的？不能這么跟著卷進(jìn)去，是該金盆洗手，雖然事實(shí)是“人在江湖、身不由己”。

而后，不幸的是，在數(shù)度去死磕有爭(zhēng)議的“離子導(dǎo)體鐵電”、數(shù)度投出去的文章被拒得連滾帶爬、數(shù)次收到審稿人“連PRB也別發(fā)”的評(píng)語(yǔ)之后，伴隨而來(lái)的，是學(xué)生不能畢業(yè)而叫苦連天。我很快就意識(shí)到：人是不能不“恰”飯的。只要有草吃，哪怕吃回頭草也行。

在吃回頭草的過(guò)程中，不知道算不算幸運(yùn)，我還是找到了一條“很窄”“很薄”的賽道，升級(jí)了幾個(gè)滑移鐵電的衍生新型號(hào)。這些小的進(jìn)展，算不算“青勝于藍(lán)”，還請(qǐng)列位讀者點(diǎn)評(píng)。

3.跨層滑移鐵電

雖說(shuō)大多數(shù)二維材料能靠堆疊打破對(duì)稱(chēng)性，可有些體系，如石墨烯雙層，再怎么滑，其中心反演對(duì)稱(chēng)都難被打破。然而，MIT那位以魔角石墨烯聞名的Pablo Jarrillo-Herrero團(tuán)隊(duì)，不光在雙層BN測(cè)出了滑移鐵電[17]，幾乎同時(shí)也在雙層石墨烯體系測(cè)出了鐵電[18]。后者一時(shí)難以用滑移模型解釋?zhuān)吘惯@個(gè)石墨烯是個(gè)單一原子組成的體系。他們?cè)谡撐闹?，暫將其歸因于石墨烯和表面覆蓋的hBN之間有一微小轉(zhuǎn)角，誘發(fā)莫爾平帶產(chǎn)生電子關(guān)聯(lián)，或許引起了垂直方向的鐵電極化。

隨后，北大的路建明老師在該體系中卻發(fā)現(xiàn)了一些不太符合該模型的跡象[19]。其中之一，就是這種鐵電在200 K的高溫下都不會(huì)消失。莫爾平帶的效應(yīng)，不太可能這么強(qiáng)。而這種穩(wěn)定性，對(duì)滑移鐵電來(lái)說(shuō)卻是司空見(jiàn)慣。目前實(shí)驗(yàn)報(bào)導(dǎo)的滑移鐵電，哪個(gè)不是室溫穩(wěn)定的?。浚?/p>

圖 2. (a) 被BN覆蓋雙層石墨烯?？鐚佣询B構(gòu)型(1-3和2-4層分別為AA和AB) 導(dǎo)致的對(duì)稱(chēng)破缺產(chǎn)生垂直極化，通過(guò)上面兩層滑移轉(zhuǎn)換跨層堆疊構(gòu)型(1-3和2-4層分別變?yōu)锳B和AA)，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。(b) 該4層體系的電荷分布：中間兩層石墨烯電荷分布明顯不一樣。(c) 4層石墨烯(每層用了不同顏色標(biāo)注) ABAC堆疊，注意到1-3和2-4層跨層堆疊構(gòu)型不一樣，通過(guò)層間滑移轉(zhuǎn)換成CABA或 CBAB，等價(jià)于做了鏡面反演操作，可實(shí)現(xiàn)其極化翻轉(zhuǎn)。(d) 6層石墨烯的8種堆疊構(gòu)型，左表中其能量差別不超過(guò)0.6 meV，但右表中極化值卻相差很大。

筆者絞盡腦汁，又想了半年，終于想出個(gè)“跨層滑移鐵電”升級(jí)版模型[20]，似乎可以解釋通了：如圖2(a)所示，雙層石墨烯被hBN覆蓋。在上下兩層BN平行的基態(tài)下，4層結(jié)構(gòu)中任意近鄰的兩層總是AB堆疊，但跨層堆疊構(gòu)型卻不一樣：第一層和第三層相對(duì)是AA堆疊，第二層和第四層相對(duì)卻是AB堆疊。這樣一來(lái)，垂直方向整體還是打破了對(duì)稱(chēng)性，理應(yīng)產(chǎn)生極化，而其翻轉(zhuǎn)也仍舊靠層間滑移。

雖說(shuō)這樣隔山打牛，相互作用會(huì)減弱，但算出來(lái)的極化值仍有0.05 μC/cm2，跟實(shí)驗(yàn)值相當(dāng)接近。從圖2(b)電荷分布，也能看出兩層石墨烯的不同。

即使把BN替換掉，4層純石墨烯這樣的純碳體系，也能形成類(lèi)似跨層滑移鐵電[21]。例如，圖2(c)中4層石墨烯呈現(xiàn)ABAC構(gòu)型。同理，第一層和第三層相對(duì)是AA堆疊，第二層和第四層相對(duì)卻是AB堆疊。即使只看近鄰兩層堆疊總是對(duì)稱(chēng)的，跨層構(gòu)型產(chǎn)生的不對(duì)稱(chēng)性仍能產(chǎn)生可觀的電極化。通過(guò)層間滑移，轉(zhuǎn)換成CABA或 CBAB，即可實(shí)現(xiàn)鐵電極化的面外翻轉(zhuǎn)。而層數(shù)更多的石墨烯，就有更多能量相近但不同極化的各種態(tài)。比如圖2(d)中，6層石墨烯的8個(gè)堆疊態(tài)能量都十分相近，卻有5個(gè)擁有大小不同的垂直極化。它們相互之間，都可以靠層間滑移轉(zhuǎn)化。

而近來(lái)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，也陸續(xù)驗(yàn)證了4層石墨烯的確有鐵電性。這些作者包括，諾獎(jiǎng)大佬K. S. Novoselov和他的兩個(gè)師弟Moshe Shalom、Shuigang Xu [22-24]。南京航空航天大學(xué)的郭萬(wàn)林、劉衍朋老師團(tuán)隊(duì)，還利用BN中的雙層石墨烯鐵電，實(shí)現(xiàn)了千余個(gè)可調(diào)控狀態(tài)的類(lèi)神經(jīng)器件[25, 26]。他們也以跨層滑移機(jī)制，來(lái)解釋其極化起源。畢竟，這樣的滑移，在室溫下工作，毫無(wú)問(wèn)題，故而這一解釋合情合理。

不過(guò)，路建明團(tuán)隊(duì)最近又提出了另外一種可能[27]：他們發(fā)現(xiàn)hBN并不純，會(huì)夾雜3R態(tài)。他們認(rèn)為這個(gè)滑移鐵電相，才是鐵電信號(hào)的來(lái)源。看來(lái)，對(duì)這種異質(zhì)體系的鐵電起源，相關(guān)爭(zhēng)議仍將持續(xù)。

4.超滑鐵電

滑移鐵電之meV級(jí)勢(shì)壘，比傳統(tǒng)鐵電的翻轉(zhuǎn)勢(shì)壘要低1-2個(gè)量級(jí)，但比起”結(jié)構(gòu)超滑”還是小巫見(jiàn)大巫。筆者三年前在鄭泉水教授舉辦的超滑會(huì)議上，第一次接觸到這個(gè)概念：非公度界面中，由于原子受力方向不同而大部分相互抵消，滑移勢(shì)壘可降至μeV級(jí)，摩擦系數(shù)甚至可接近于0。

力學(xué)專(zhuān)家解釋結(jié)構(gòu)超滑，經(jīng)常用兩個(gè)蛋盒類(lèi)比兩個(gè)相同的晶格表面：

如圖 3(a)中，當(dāng)兩蛋盒取向一致時(shí)，容易卡住，因?yàn)樯厦娴昂械耐黄鹎『们度胂旅娴昂械陌枷葜?。要把兩個(gè)蛋盒沿側(cè)向拉開(kāi)，需要花費(fèi)很大力氣，且容易拉壞。這種情形，被稱(chēng)為 “公度” 接觸，對(duì)應(yīng)晶格界面來(lái)講就是摩擦力很大、很容易造成磨損。如果將上面的蛋盒旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度之后，再放到下面的蛋盒上，兩個(gè)蛋盒就無(wú)法卡住了，只需要很小的力就能拉動(dòng)上面的蛋盒。這種上下表面不匹配的情形，稱(chēng)為 “非公度” 接觸，對(duì)應(yīng)晶格界面來(lái)講就是摩擦力很小、滑移磨損幾乎為零。

圖 3. (a) 結(jié)構(gòu)超滑機(jī)制形象比喻：兩蛋盒取向一致容易卡住，就像公度界面；但有個(gè)大轉(zhuǎn)角后就不會(huì)卡住了，很容易被拉動(dòng)，就像非公度界面。(b) 典型雙層滑移鐵電模型(上)，滑起來(lái)就像卡住的兩個(gè)蛋盒，原子受力方向都一致。如果中間再插入一層晶格很不一樣的二維材料，原子受力方向不一致相互抵消，近鄰滑動(dòng)就容易多了。而其跨層堆疊構(gòu)型不變，依舊能打破對(duì)稱(chēng)形成垂直極化。(c) 雙層MoS2之間插入石墨烯或BN單層，就會(huì)形成這種超滑鐵電，仍舊通過(guò)滑移翻轉(zhuǎn)極化，但勢(shì)壘在近鄰層非公度界面劇減。藍(lán)色箭頭代表極化方向。

筆者馬上就開(kāi)始琢磨：是否可以利用“結(jié)構(gòu)超滑”進(jìn)一步降低滑移鐵電勢(shì)壘？想得很美，但挑戰(zhàn)在于非公度界面很難產(chǎn)生可翻轉(zhuǎn)極化。但是，有了“跨層滑移鐵電”的探索經(jīng)驗(yàn)，我們終于設(shè)計(jì)出了如圖3(b)所示的三明治結(jié)構(gòu)[28]：在滑移鐵電雙層中，插入一層晶格結(jié)構(gòu)不同的二維材料，近鄰就都變成了非公度界面。而跨層堆疊構(gòu)型，仍然保持公度、仍可打破對(duì)稱(chēng)產(chǎn)生垂直極化。例如，圖3(c)顯示，在典型的滑移鐵電雙層MoS2之間，插入石墨烯單層，滑移勢(shì)壘幾乎下降兩個(gè)量級(jí)。但代價(jià)是，垂直極化也降了約一個(gè)量級(jí)。而插入的如果是BN單層，則極化基本沒(méi)有被減弱，但滑移勢(shì)壘仍可降低一個(gè)量級(jí)。此類(lèi)結(jié)果，令人著迷！

對(duì)于meV級(jí)勢(shì)壘滑移鐵電，王峻嶺教授他們已實(shí)現(xiàn)亞納秒翻轉(zhuǎn)[13]，Ramamoorthy Ramesh、Jie Yao教授等還把翻轉(zhuǎn)電壓降到了0.3 V [29]。如此，那μeV級(jí)勢(shì)壘的超滑鐵電豈不要飛天了？對(duì)此，中科院物理所孟勝老師、南京大學(xué)吳迪 / 楊玉榮老師、米國(guó)阿肯色大學(xué)L. Bellaiche教授他們，都預(yù)測(cè)過(guò)強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)滑移鐵電翻轉(zhuǎn)[30-32]。如果這里的能壘，真的能降到μeV級(jí)，驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)的激光，應(yīng)該不用很強(qiáng)的光吧。

圖 4. (a) 二維材料兩個(gè)區(qū)域分別以N (黃色) 和P (藍(lán)色) 型摻雜表示。PN界線上以非公度轉(zhuǎn)角放置一中性(白色) 二維滑塊。滑塊與N型堆疊的部分極化朝下，跟P型堆疊的部分極化朝上。加上垂直朝下的電場(chǎng)，將使其向左滑動(dòng)使得前者比例增大。綠色箭頭代表極化方向。(b) 要是下面改成周期性的PN摻雜區(qū)域，沿每個(gè)PN界線施加交變電場(chǎng)，有可能讓滑塊多次加速和長(zhǎng)距離滑移。

本以為前路可行了，卻不曾想，這一美夢(mèng)還有變數(shù)！

去年，西湖大學(xué)劉仕、東南大學(xué)董帥、中科大鐘志誠(chéng)等老師不約而同地發(fā)現(xiàn)[33-35]，疇壁運(yùn)動(dòng)才是“滑移鐵電”能高速翻轉(zhuǎn)的主要原因，顯示似乎沒(méi)有疇壁根本翻轉(zhuǎn)不了鐵電極化。如果疇壁是主因，降低本征勢(shì)壘當(dāng)然仍有助于高速低耗，但效果肯定是要打折扣的。不過(guò)，徐長(zhǎng)松、向紅軍他們提了個(gè)好辦法，就是加個(gè)微小面內(nèi)電場(chǎng)，打破三重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)。如此，不用疇壁也能快速滑移，勢(shì)壘降低更變得更為容易。

另一個(gè)更瘋狂的想法，則不依靠跨層堆疊而是基于二維PN結(jié)，如圖4(a)所示。如果二維PN界線上以非公度轉(zhuǎn)角放置一中性(白色) 二維滑塊，滑塊可與PN結(jié)形成結(jié)構(gòu)超滑、并分為兩部分：在P區(qū)域(藍(lán)色)堆疊部分，極化朝上；在N區(qū)域(黃色)堆疊部分，極化朝下。施加一個(gè)垂直向上的電場(chǎng)，體系理應(yīng)趨向讓凈極化順著電場(chǎng)方向向上，那就得向P區(qū)域滑移以增大前者比例。施加向下電場(chǎng)，則相反。

注意到，這個(gè)滑移尺度、即滑塊的長(zhǎng)度，可比滑移鐵電的“步長(zhǎng)”長(zhǎng)多了，故而應(yīng)該不適合高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。但是，如此滑動(dòng)過(guò)程，每個(gè)態(tài)都是穩(wěn)態(tài)，倒可能用于多態(tài)的類(lèi)神經(jīng)器件。而“結(jié)構(gòu)超滑”器件，目前基本是靠機(jī)械驅(qū)動(dòng)(比如用針尖拖)?？渴┘雍苄〉拇怪彪妷海湍茯?qū)動(dòng)介觀尺度的滑移，無(wú)疑將極大拓展“結(jié)構(gòu)超滑”等器件的潛在應(yīng)用。如果像圖4(b)下面所示那樣，改成周期性的PN摻雜區(qū)域，則沿PN界線施加交變電場(chǎng)，還有可能一直讓滑塊加速。指不定，滑移距離甚至可能到宏觀量級(jí)。

5.離子滑移鐵電

除了這些“滑移”、“超滑”等“匪夷所思”之外，筆者曾提出，如果在二維材料層間引入Cu、Ni等3d離子插層[36, 37]，會(huì)有很有趣的性質(zhì)。這些離子，喜歡形成空間四面體構(gòu)型，因而破壞中心反演對(duì)稱(chēng)、形成鐵電。其中，CuCrX2等體系的鐵電性很快就被不少實(shí)驗(yàn)證實(shí) [38-40]。不過(guò)，大多數(shù)離子，如堿金屬，更傾向于對(duì)稱(chēng)的6配位構(gòu)型。畢竟，離子鍵無(wú)方向性，使其更容易形成非極性結(jié)構(gòu)，如此應(yīng)該很難得到鐵電性。

但是，對(duì)稱(chēng)性不一定要由離子插層來(lái)破壞。如果滑移鐵電雙層插入的不是二維材料，而是離子插層，如圖5(a)所示[41]，原來(lái)的層間堆疊構(gòu)型不但仍可破壞對(duì)稱(chēng)性、形成垂直極化，甚至極化還可得到極大增強(qiáng)。畢竟，離子鍵，比范德華作用要強(qiáng)得多。而且，這樣又多了一個(gè)插層自由度，使得滑移鐵電不僅限于范德華體系，也可能廣泛存在于多種層狀離子導(dǎo)體。

比如，著名的離子電池正極材料LiCoO2，基態(tài)結(jié)構(gòu)如圖5(b)所示。其中，CoO2平行堆疊成O3相，反平行堆疊成O2相。在電池專(zhuān)家的眼中，這是不受歡迎的雜質(zhì)相，但后者提供了鐵電所需的不對(duì)稱(chēng)性。從電荷分析看得出來(lái)，兩層O原子所帶電荷，有顯著差別，使得垂直極化比雙層MoS2滑移鐵電高出一個(gè)量級(jí)。要讓這個(gè)極化能夠翻轉(zhuǎn)，也要靠水平滑移，但可能路徑有很多，如圖5(c)所示。鑒于這個(gè)體系面內(nèi)呈現(xiàn)三重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)，每個(gè)晶胞含2層Li和2層CoO2。每一層都有3個(gè)對(duì)等方向可以滑，即使一層不動(dòng)，其它3層各種可能路徑組合，可歸為Path-I到Path-IV，其勢(shì)壘最低的是Path-I、其次是Path-II。后者的面內(nèi)極化將會(huì)同步改變，而前者的極化則抵消為零。

果若如此，體系肯定是勢(shì)壘稍低的Path-I主導(dǎo)，其鐵電只存在垂直方向、無(wú)面內(nèi)分量。真是如此嗎？未必！

對(duì)于這種層狀離子導(dǎo)體，筆者之前提過(guò)一個(gè)“歪理邪說(shuō)”[42]：注意到，體系中離子跨越分?jǐn)?shù)/ 整數(shù)倍晶胞的位移，具有相同的勢(shì)壘。外加其晶體對(duì)稱(chēng)性，體系似乎允許有很多種不同方向和長(zhǎng)度的離子位移模式。但最終選擇哪一個(gè)，還是由邊界決定。在很多位移模式下，邊界會(huì)變得高度不穩(wěn)定，實(shí)際上是被禁止的。堅(jiān)實(shí)的諾依曼定理，之所以在這種分?jǐn)?shù)/ 整數(shù)量子鐵電體系會(huì)失效，是因?yàn)檫@個(gè)定理不考慮邊界。而邊界，很容易打破晶體本身的某些對(duì)稱(chēng)性。比如，閃鋅礦薄膜的邊界，就會(huì)打破本身Td對(duì)稱(chēng)性并賦予其極性。這個(gè)有關(guān)邊界的“歪理邪說(shuō)”，就是當(dāng)年被斥責(zé)“連PRB也別發(fā)”的那篇文章的觀點(diǎn)之一。

到目前為止，似乎只有東方理工的魏蘇淮老師的一篇文章，贊同這個(gè)觀點(diǎn)[43]。

如果這個(gè)邪說(shuō)成立，那么，到底是Path-I主導(dǎo)、還是Path-II主導(dǎo)，當(dāng)然也取決于邊界。而后者在面內(nèi)高對(duì)稱(chēng)點(diǎn)之間的位移，將產(chǎn)生分?jǐn)?shù)量子鐵電。這一結(jié)果，和在CuCrS2中測(cè)得的面內(nèi)鐵電類(lèi)似，都違反了諾依曼定理[38]。這些鐵電，本應(yīng)被這些晶格的三重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性所禁止。

圖 5. (a) 離子滑移鐵電模型：離子插層(綠色)不但不影響二維材料堆疊構(gòu)型打破對(duì)稱(chēng)性，還進(jìn)一步增強(qiáng)電荷轉(zhuǎn)移和極化值。(b) LiCoO2的O3相中CoO2平行堆疊是非極性的，但O2相中CoO2反平行堆疊是極性的。這一差別，從不同層O原子上的電荷差異可以看出來(lái)。(c) O2相的各種可能的鐵電翻轉(zhuǎn)路徑。每層Li和CoO2，都有3個(gè)對(duì)等方向可以滑。各種組合可歸類(lèi)成Path-I到Path-IV，其中Path-I和Path-II需要克服的勢(shì)壘最低。紫色粗箭頭代表極化方向，綠、橙、藍(lán)細(xì)箭頭分別代表2層Li和CoO2的可能滑移方向。

6.感懷

總之，筆者之前多次下定決心金盆洗手、不再做滑移鐵電，但總是因各種機(jī)緣而不得不食言。比如，碰到“結(jié)構(gòu)超滑”等概念，就會(huì)靈機(jī)一動(dòng)。考慮到許多期刊總是傾向于“錦上添花”的文章，有鑒于此，筆者迫于生計(jì)不得不妥協(xié)，意料之外也好、意料之中也罷，總之是機(jī)緣巧合，拓展了一些“滑移電子學(xué)slidetronics”的物理?；谶@些物理，至少降低勢(shì)壘和提升極化的成效很是顯著，相關(guān)性能都有量級(jí)上的提升。

當(dāng)然，生子當(dāng)如仲謀！這滑鐵，衍生出來(lái)是仲謀、子恒，還是阿斗？只能看今后實(shí)驗(yàn)的造化了。

這一次，筆者關(guān)于滑移鐵電的各種“奇談怪論”，大概真的說(shuō)得差不多了。不巧，國(guó)內(nèi)外有一些期刊，如《npj Quantum Materials》[Sliding Regimes in van der Waals Polytypes, https://www.nature.com/collections/bihgcdiebj] 和《Science China Physics, Mechanics & Astronomy》，最近都要辦一期“滑移鐵電”的專(zhuān)刊。筆者作為客座編輯，卻實(shí)在無(wú)稿可投。如果列位讀者有意，還歡迎多多賜稿。

最后指出，本文描述可能多有夸張、不周之處，敬請(qǐng)讀者諒解。本文涉及部分大咖的研究成果。感興趣的讀者，可有針對(duì)性地御覽“參考文獻(xiàn)”欄目中列舉的論文，也可點(diǎn)擊文尾的“閱讀原文”訪問(wèn)《npj QM》的滑移物理專(zhuān)輯征稿網(wǎng)頁(yè)。

7.參考文獻(xiàn)

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七律·春野

吾攜柳浪入清詩(shī)，自引風(fēng)流撥一枝

梢杪點(diǎn)芽欣掛綠，河池系影淑淪漪

浮云畫(huà)漏江東墨，冀野填盈硯北攲

片刻凝神尋絕色，無(wú)心有意只行畸

(1) 筆者吳夢(mèng)昊，任職華中科技大學(xué)物理學(xué)院，團(tuán)隊(duì)網(wǎng)站見(jiàn)http://faculty.hust.edu.cn/wumenghao/zh_CN/index.htm。

(2) 小文標(biāo)題“滑移鐵電滑出新厚度”乃宣傳式的言辭，不是物理上嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f(shuō)法。這里只是示意出滑移物理不只是兩層和低對(duì)稱(chēng)2D結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵。對(duì)二維物理和材料人而言，二維世界向面外三維擴(kuò)張時(shí)，滑移出新世界、新風(fēng)光是可能的。

(3) 為撰寫(xiě)本文，筆者參閱過(guò)諸多網(wǎng)絡(luò)神文名篇，包括《知乎》《百度》和《Bing》上的資料。在此謹(jǐn)致謝意！本文夾塞了許多筆者粗知陋見(jiàn)，請(qǐng)讀者不以為意！

(4) 文底圖片及小詩(shī)乃編者Ising添加。圖片拍攝于江南天水之野 (20260311)，展示了平常時(shí)日“山水滑移”的見(jiàn)聞。小詩(shī) (20260313) 原本寫(xiě)江南的初春景色。如果騎車(chē)在那里“滑移”，也許亦有吳夢(mèng)昊那般“無(wú)心有意只行畸”的收獲。

(5) 封面圖片乃筆者團(tuán)隊(duì)繪制，展示了滑移鐵電“滑出新厚度”的幾種變化。

文章轉(zhuǎn)載自“量子材料QuantumMaterials”公眾號(hào)