中国科学家突破难题！为二维铁电材料装上“导航仪” 达成定向滑移

在新型二维铁电材料研究领域，科研人员取得了一项突破性进展。他们成功为原子层厚度的滑移铁电体赋予了精准定向滑移的能力，这一成果已发表于国际物理学期刊《物理评论快报》。

滑移铁电体属于一种新型二维铁电材料，其极化翻转的实现方式与传统铁电材料截然不同。传统铁电材料依赖离子位移，而滑移铁电体则是通过原子层间的整体滑移来完成这一过程。这种独特的机制赋予了它超低能耗、超快响应以及极强抗疲劳性的显著优势，如同两张纸整体滑动一般，巧妙地避开了铁电疲劳这一棘手问题。

然而，滑移铁电体在理想单畴结构中面临着一个难题。材料内部存在多条对称等价的滑移路径，导致原子层的运动方向无法得到有效控制，在二维空间里难以实现沿指定方向滑动，这成为了铁电行业长期以来的一个挑战。

为了攻克这一难题，科研团队以双层氮化硼作为模型体系展开研究。他们运用第一性原理计算，从量子力学基本方程出发，深入探究材料的电子和微观结构特性，全面掌握了其“家底”。同时，借助人工智能技术加持的深度势能分子动力学模拟，对上百万个原子在飞秒尺度上的动态行为进行追踪分析。

基于上述研究，团队沿单一方向对材料施加单轴应变，成功打破了其三重旋转对称性。在此基础上，他们打造出由非本征机制主导的方向锁定的层间滑移模式。研究结果表明，在电场作用下，原子层只能从BA堆垛滑向AB堆垛，实现了如同单行道一般的定向锁定滑移和极化翻转。

模拟数据进一步显示，双层氮化硼完成一次极化翻转仅需约1.7皮秒，而1皮秒等于1万亿分之一秒。与传统铁电材料相比，其速度提升了3到4个数量级，展现出巨大的应用潜力。