二維層狀IV-VI單硫族化合物半導體屬于正交晶系，具有帶隙窄、光學各向異性、面內反鐵電性等物理特性，是研究凝聚態物理、研制低功耗感存算一體器件的熱門材料體系。目前關于該材料反鐵電性和鐵電性的報道均局限于面內，不利于高密度器件集成應用。2025年2月20日，華東師范大學褚君浩院士團隊在 Nature Communications 發表了突破性研究成果，首次揭示了正交晶系GeSe中由層間范德華相互作用驅動的反常面外反鐵電性，并通過原位電鏡觀測與理論計算闡明了其電場調控機制。研究成果以“Unconventional (anti)ferroelectricity in van der Waals group-IV monochalcogenides ”為題在線發表（圖1）。
圖1. 《自然通訊》刊發華東師范大學褚君浩院士團隊最新研究成果
該研究首次通過第一性原理計算預測面外中心對稱的GeSe半導體具有本征的面外反鐵電性，并利用壓電力顯微鏡探測到其面外反鐵電性到鐵電性的演化；進一步的先進原子級別原位透射電鏡技術揭示了該材料體系的非常規鐵電源于層內原子在面外方向的非對稱位移（圖2）。該研究表明二維GeSe是兼具面內和面外鐵電性的二維層狀半導體的新成員，大大擴展了二維鐵電材料體系。
圖2. 范德華層狀GeSe半導體的非常規（反）鐵電性
華東師大物理與電子科學學院電子科學系/極化材料與器件教育部重點實驗室越方禹教授、華東師大物理與電子科學學院物理系龔士靜教授和華東師大公共創新服務平臺電鏡中心齊瑞娟高級工程師為論文共同通訊作者。博士生隋峰銳、于逸倫和陳舉為論文共同第一作者。研究工作獲國家自然科學基金委、華東師大極化材料與器件教育部重點實驗室、華東師大公共創新服務平臺電鏡中心的大力支持。
附：
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57138-5
來源｜物理與電子科學學院、科技處 編輯｜毛宇彤 編審｜郭文君
