本网讯 近日，国际权威学术刊物《Advanced Materials》在线发表了中南大学粉末冶金国家重点实验室张斗教授课题组与物理与电子学院孙健教授课题组关于二维铁电场效应晶体管的合作研究成果。论文题目为：《Charge–Ferroelectric Transition in Ultrathin Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅Flakes Probed via a Dual-Gated Full van der Waals Transistor》。中南大学是第一完成单位，物理与电子学院刘晓迟副教授与粉末冶金国家重点实验室博士研究生周学凡为并列第一作者，张斗教授和孙健教授为论文共同通讯作者，校内主要参与者还包括粉末冶金国家重点实验室罗行副教授。湖南大学化学生物学与纳米医学研究所刘松教授参与合作。

全范德华异质结构铁电晶体管器件示意图以及双栅调控性能

新型先进电子信息器件开发是我国重大战略任务部署的基础研究。利用铁电材料作为栅介质制备的铁电场效应晶体管是有望突破传统CMOS器件热力学限制的新型信息器件之一，在低功耗芯片和非易失存储等方面有广泛应用前景。同时，基于二维范德华异质结构的电子器件被行业誉为后摩尔时代的突破点。然而，基于薄膜的主流铁电材料很难实现与二维异质结构的高兼容性，大大限制了二维铁电晶体管的发展。而近期发现的二维层状铁电材料CuInP₂S₆（CIPS），由于其接近室温的居里温度很难在实际中应用。

针对上述问题，此项工作采用熔盐法合成了Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅（NBIT）铁电纳米薄片材料，能够很好地与二维范德华异质结构兼容，并具有与CIPS相当的铁电性以及高达650°C的居里温度。通过范德华堆叠技术，本工作实现了一个基于NBIT薄片与二硫化钼沟道的全范德华异质结构双栅场效应晶体管。得益于NBIT材料高达94的介电常数，在该器件中观测到了二硫化钼中的绝缘体金属相变，以及近～200 cm²/Vs的高电子迁移率。通过双栅耦合调控，还实现了对NBIT中陷阱电荷滞回与铁电滞回间的转换。这项发现进行优化后可以在未来实现同时具有短程和长程记忆的新型多功能存储器件。

据悉，该项研究获得了国家自然科学基金、湖南省百人计划、湖湘高层次人才聚集工程以及粉末冶金国家重点实验室的支持。