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學(xué)校快過生日了怎么辦？送篇Nature！

來源：科學(xué)10分鐘時間：2022-05-15 21:25:02 瀏覽：2849次

鐵電體中的拓?fù)溆蛴捎谄湫路f的功能和在電子設(shè)備中的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。然而，到目前為止，這種拓?fù)錁O性結(jié)構(gòu)僅在氧化物襯底上生長的超晶格中觀察到，這限制了它們在硅基電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。

2022年3月2日，南京大學(xué)吳迪，聶越峰及加州大學(xué)歐文分校Pan Xiaoqing共同通訊在Nature 在線發(fā)表題為“High-density switchable skyrmion-like polar nanodomains integrated on silicon”的研究論文，該研究報告了在轉(zhuǎn)移到硅上的鈦酸鉛/鈦酸鍶雙層中實(shí)現(xiàn)室溫類skyrmion 極性納米域。此外，外部電場可以將這些納米域可逆地轉(zhuǎn)換為另一種類型的極性紋理，這大大改變了它們的電阻行為。

極性配置調(diào)制電阻歸因于兩種極性紋理核心中明顯的帶彎曲和電荷載流子分布。在硅上集成高密度（每平方英寸超過 200 千兆比特）可切換的類skyrmion 極性納米域可以使用氧化物中的拓?fù)錁O性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非易失性存儲器應(yīng)用。

另外，2022年1月17日，南京大學(xué)譚海仁及加拿大多倫多大學(xué)Edward H. Sargent在Nature 在線發(fā)表題為“All-perovskite tandem solar cells with improved grain surface passivation”的研究論文，該研究開發(fā)了具有長擴(kuò)散長度的銨陽離子鈍化 Pb-Sn 鈣鈦礦，使子電池的吸收層厚度約為 1.2 μm。分子動力學(xué)模擬表明，廣泛使用的苯乙基銨 (PEA) 陽離子在鈣鈦礦結(jié)晶溫度下僅部分吸附在表面缺陷位點(diǎn)上。

預(yù)計使用 4-三氟甲基苯基銨 (CF3-PA) 可以增強(qiáng)鈍化劑的吸附，其表現(xiàn)出比 PEA 更強(qiáng)的鈣鈦礦表面-鈍化劑相互作用。通過在前驅(qū)體溶液中添加少量 CF3-PA，該研究將 Pb-Sn 鈣鈦礦內(nèi)的載流子擴(kuò)散長度增加了 2 倍，達(dá)到 5 μm 以上，并將 Pb-Sn 鈣鈦礦太陽能電池的效率提高到 22% 以上。該研究報告了全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池的認(rèn)證效率為 26.4%，超過了性能最佳的單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池。在環(huán)境條件下單日照度下，在最大功率點(diǎn)運(yùn)行 600 小時后，封裝的串聯(lián)設(shè)備保持 >90% 的初始性能。

最近的發(fā)現(xiàn)表明，鐵電極化可以形成復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括通量閉合域、渦旋、迷宮域、極性skyrmions、merons等。由于極化和電荷分布的不連續(xù)性，非均勻的極性紋理可能會產(chǎn)生與體域不同的新興功能，并具有在下一代電子設(shè)備中的新應(yīng)用潛力。例如，如果可以輕松讀取和寫入納米級極性斯格明子陣列，將有望用于遠(yuǎn)高于每平方英寸太比特的超高密度記錄。

來自 PFM 測量的 (PbTiO₃)₂₀/(SrTiO₃)₁₀ 雙層中的高密度極性納米域（圖源自Nature ）

盡管有這些豐富的物理特性和有前景的潛在應(yīng)用，但將這些拓?fù)浼y理集成到基于硅的技術(shù)中仍然具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗鼈冎饕趩尉а趸镆r底上生長的超晶格中觀察到。

在這里，該研究展示了在轉(zhuǎn)移到硅（PbTiO3，鈦酸鉛(PTO)；SrTiO3，鈦酸鍶）上的獨(dú)立式(PbTiO3)20/(SrTiO3)10雙層中的高密度（約 200 Gbit/平方英寸）類skyrmion 極性納米域的觀察(STO))。這些納米域在外部電場下是可切換的，通過在兩種極化結(jié)構(gòu)之間可逆地切換極大地調(diào)制了電阻，為使用拓?fù)錁O性結(jié)構(gòu)設(shè)計非易失性鐵電存儲器提供了一條途徑。

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