莱斯大学提取硒化锡样品的布局信息，察看到高达4%大范围晶格应变

范德瓦尔斯（vdW，Van der Waals）铁电质料，因其本人一代纳米电子学中的潜伏使用而遭到器重。二维（2D）IV 族单硫族化合物则因其在室温下的剧烈面内极化，可以不休延展到单层极限，故成为备受眷注的候选质料。

但是，它们的极化与晶格应变和堆叠排序剧烈耦合，致使于会影响其电子实质。之前，人们在同一个样品上只能选择研讨平面内的畴布局或垂直朝向的堆叠排序。由于表征办法的限定不克不及对其举行同时研讨。

在近期一项研讨中，美国莱斯大学团队经过一种新的表征武艺，使用四维扫描透射显微镜（4D-STEM）展现了二维范德瓦尔斯铁电质料硒化锡的铁电和铁弹性的畴布局。

研讨中，他们使用四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM，four-dimensional scanning transmission electron microscopy），同时探测了范德瓦尔斯硒化锡中平面内的应变和垂直朝向的堆叠排序。

（泉源：Nature Communications）

在传统电镜办法中，电子束扫过样品之后，在一个扫描点只能纪录一个强度信号。而 4D-STEM 是一种迩来几年刚刚提超过的表征办法。

4D-STEM 使用了一个新的探测器（EMPAD，electron microscope pixel array detector），可以在每一个扫描地点纪录一张完备的衍射图片。

经过此，课题组使用数据发掘的办法从中提取了硒化锡样品共同的布局信息。具体而言，他们察看到高达 4% 大范围晶格应变。在传统铁电质料中，如此大的应变会产生晶格缺陷，从而影响功能。

但是在硒化锡之中，由于二维范德瓦尔斯的共同实质，应变在约莫 50 纳米的范围内呈梯度渐减，以补偿范畴界限处的晶格不婚配，从而减缓缺陷的产生。

别的，他们发觉经过范德瓦尔斯力安定的不寻常的铁电-反铁电范畴界限，约莫会招致各向异性的非线性光学呼应。

总的来说借助这项研讨，人们可以全盘了解影响范德瓦尔斯硒化锡范畴实质的面内和垂直布局。同时，这项后果也能为范德瓦尔斯铁电质料范畴的干系工程奠基基本。

如今在电子器件范畴尤其是铁电范畴，各位都寻求把器件做得更薄更小，但是传统的铁电器件假如很薄的话，质料内的极化就会衰减功能变差。

而本次研讨的二维范德瓦尔斯硒化锡即使很薄的时分，仍旧有很大的极性。同时由于它是半导体，将来可以在电子器件范畴有的潜伏使用。研讨中，该团队也具体表征出了它的畴布局，旨在助力于干系器件的制备和使用。

图 | 从左到右：韩亦沫和石储侨（泉源：石储侨）

日前，干系论文以《二维范德华铁电体中的域干系应变和会萃》（Domain-dependent strain and stacking in two-dimensional van der Waals ferroelectrics）为题发在 Nature Communications，莱斯大学博士生石储侨是第一作者，莱斯大学传授韩亦沫承继通讯作者。

图 | 干系论文（泉源：Nature Communications）

石储侨表现：“研讨伊始，我们的互助者 MIT 的 Jing Kong 传授构成了这个质料并送给我们表征。事先由于疫情和签证的缘故我还没到美国，是我的导师韩亦沫传授起首收罗了一些数据发给我。”

然后，石储侨做了数据处理，他起首提取出来平面内的畴布局，包含应变和晶格旋转。

之后，他们接洽到美国宾夕法尼亚州立大学帕克分校 Longqing Chen 传授和美国得克萨斯大学阿灵顿分校 Ye Cao 传授，后者使用相场的办法模仿了畴布局的能量。

厥后经过阅读文献，石储侨等人发觉垂直朝向的堆叠办法也很紧张，但是此前超少有人研讨。

经过一些电子衍射的模仿，其发觉可以经过一个衍射点的强度来推断堆叠办法，于是石储侨和同事开头有定量地模仿不同的堆叠办法，借此盘算了衍射强度，并和实行数据举行比力，从而发觉了共同的铁电-反铁电的畴壁布局。

不外，由于这是一个不寻常的布局，为了确认它是可以安定存在的，石储侨等人又和美国得克萨斯农工大学的 Xiaofeng Qian 传授互助。

“他们帮助做了密度泛函实际盘算，确认了这是一个安定的布局。取得一切后果之后我们开头撰写论文，时期莱斯大学 Shiming Lei 传授和我们做了很多有协助的讨论，协助我们更好的梳理了论文布局。”石储侨说。

2022 年，石储侨把本次研讨的开头后果做成海报，在一个聚会会议上（M&M 2022）展现，不少与会观众都对这个质料标致的畴布局产生了兴致，他也借此拿到上述聚会会议的最佳海报奖项，这加深了他和团队关于本次研讨的决计。

下一步，他们方案在本次质料不同的畴上加应力或电压，以原位的办法察看畴布局的厘革。

另据悉，石储侨本科就读于浙江大学，大二暑期到场科研课题组并开头对电子显微学产生兴致。大三之后，石储侨经过浙江大学和美国伊利诺伊州香槟分校的 3+2 交换项目，分开伊利诺伊州香槟分校读硕。

读硕时期，他开头实验使用深度学习的办法处理电镜图片。厥后，在硕士阶段的导师的保举之下，他分开莱斯大学质料封建与纳米工程学院读博。

其表现：“4D-STEM 是一个十分新的武艺，有很多朝向可以探究。同时，由于收罗的数据集比拟传统办法数据量大了不少，因此可以使用机器学习等办法来处理大数据，这也和我之前的武艺比力契合。”

参考材料：

1.Shi, C., Mao, N., Zhang, K.et al. Domain-dependent strain and stacking in two-dimensional van der Waals ferroelectrics. Nat Commun 14, 7168 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-42947-3