對于UW物理學家來說，二維形式的鎢二碲化物充滿驚喜

　　當兩個單層WTe 2堆疊成雙層時，出現(xiàn)自發(fā)電極化，一層帶正電，另一層帶負電?？梢酝ㄟ^施加電場來翻轉該

　　研究人員報告說，二維形式的鎢二碲化物可以進行“鐵電轉換”。具有鐵電性能的材料可以應用于存儲器，電容器，RFID卡技術甚至醫(yī)療傳感器 - 而鎢二碲化合物是第一種經過鐵電轉換的剝落的二維材料。

　　普通大眾可能會認為21世紀是一個革命性技術平臺的時代，如智能手機或社交媒體。但對于許多科學家來說，本世紀是另一種平臺的時代：二維材料及其意想不到的秘密。

　　這些2-D材料可以制成薄片狀結晶薄片，只有一個或多個原子厚度。在單層內，電子在移動方式上受到限制：像棋盤游戲中的碎片一樣，它們可以從前到后，從一側到另一側或對角線移動 - 但不能向上或向下移動。該約束使單層在功能上是二維的。

　　二維領域揭示了量子力學預測的屬性 - 基于概率波的規(guī)則構成了所有物質行為的基礎。自2004年首次推出石墨烯(第一個單層)以來，科學家已經分離出許多其他二維材料，并證明它們具有獨特的物理和化學特性，可以改變計算和電信等領域。

　　對于由華盛頓大學科學家領導的團隊來說，一種金屬化合物 - 二碲化鎢(或WTe 2)的二維形式是一大堆量子啟示。在7月23日在線發(fā)表在“ 自然 ”雜志上的一篇論文中，研究人員報告了他們關于WTe 2的最新發(fā)現(xiàn)：它的2-D形式可以進行“鐵電轉換”。他們發(fā)現(xiàn)，當兩個單層結合在一起時，得到的“雙層”會產生自發(fā)的電極化。通過施加的電場可以在兩個相反的狀態(tài)之間翻轉該極化。

　　華盛頓大學物理學教授，資深作者大衛(wèi)科布登說：“在這種二維材料中發(fā)現(xiàn)鐵電轉換是一個完全的驚喜。” “我們并沒有尋找它，但我們看到了奇怪的行為，在對它的性質做出假設之后，我們設計了一些很好地證實它的實驗。”

　　具有鐵電性質的材料可以應用于存儲器，電容器，RFID卡技術甚至醫(yī)療傳感器。

　　“將鐵電體視為大自然的轉變，”科布登說。“鐵電材料的極化狀態(tài)意味著材料內部的電荷分布不均勻 - 當發(fā)生鐵電轉換時，電荷一起移動，而不是像基于晶體管的人工電子開關那樣。”

　　UW團隊從三維結晶形式創(chuàng)建了WTe 2單分子層，該結構由橡樹嶺國家實驗室的Jiaqiang Yan和諾克斯維爾田納西大學的趙志英共同種植。然后，UW團隊在無氧隔離箱中工作以防止WTe 2降解，使用透明膠帶從晶體中剝離薄片WTe 2 - 這種技術被廣泛用于分離石墨烯和其他2-D材料。通過隔離這些板材，他們可以測量它們的物理和化學性質，從而發(fā)現(xiàn)鐵電特性。

　　WTe 2是第一種經過鐵電轉換的剝離2-D材料。在此發(fā)現(xiàn)之前，科學家們只看到了電絕緣體中的鐵電開關。但是WTe 2不是電絕緣體; 它實際上是一種金屬，雖然不是很好。根據(jù)Cobden的說法，WTe 2還可以在室溫下保持鐵電開關，并且其開關可靠并且不會隨著時間的推移而降低，這與許多傳統(tǒng)的3-D鐵電材料不同。這些特性可使WTe 2成為比其他鐵電化合物更小，更強大的技術應用的有前途的材料。

　　“我們在WTe 2中看到的物理特性的獨特組合提醒人們，在二維材料中可以觀察到各種新現(xiàn)象，”科布登說。

　　鐵電轉換是Cobden和他的團隊對單層WTe 2進行的第二次重大發(fā)現(xiàn)。在2017年自然物理學論文中，該團隊報告說這種材料也是一種“拓撲絕緣體”，這是具有這種奇特性質的第一種二維材料。

　　在拓撲絕緣體中，電子的波函數(shù) - 它們的量子力學狀態(tài)的數(shù)學總結 - 具有一種內置的扭曲。由于難以消除這種扭曲，拓撲絕緣體可以應用于量子計算 - 一個尋求利用電子，原子或晶體的量子力學特性來產生比當今技術指數(shù)級更快的計算能力的領域。UW團隊的發(fā)現(xiàn)也源于David J. Thouless開發(fā)的理論，他是UW物理學榮譽教授，他分享了2016年諾貝爾物理學獎，部分原因是他在2-D領域的拓撲學研究。

　　科布登和他的同事計劃繼續(xù)探索單層WTe 2，看看他們還能學到什么。

　　“到目前為止，我們對WTe 2所測量的所有內容都有一些驚喜，”科布登說。“想想下一步我們會發(fā)現(xiàn)什么是令人興奮的。”