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二维材料堆叠而成的范德瓦尔斯材料van der Waals materials，极大地扩展了堆砌异质结材料的设计空间，例如通过控制扭转角twist angle，允许单个层以非平衡配置堆叠。这种异质结构不仅继承了单个构件的特性，还可以通过层间相互作用表现出母体化合物parent compounds不存在的物理性质。
今日，麻省理工学院Xirui Wang, Kenji Yasuda，Pablo Jarillo-Herrero团队在Nature Nanotechnology上发文，报道了一类最新纳米厚度二维铁电半导体ferroelectric semiconductors，其中单个成分是非铁电单层过渡金属二硫属化物transition metal dichalcogenides，TMDs，即WSe2、MoSe2、WS2和MoS2。通过平行堆叠两个相同单层过渡金属二硫属化物TMD，获得了电可切换的菱面体堆叠配置，其具有通过平面内滑动运动翻转的平面外极化。利用压电力显微镜，实现可视化近乎平行堆叠的双层膜结构，表征了莫特铁电畴moiré ferroelectric domains，以及电场诱导畴壁运动。此外，在铁电场晶体管几何结构中，使用这种近石墨烯电子传感器，量化了铁电体内层间势built-in interlayer potential，与第一性原理计算结果一致。这四种新型过渡金属二硫属化物TMDs的新型半导体，其铁电性质为研究铁电性以及丰富电光性质之间的相互作用提供了可能性。
Interfacial ferroelectricity in rhombohedral-stacked bilayer transition metal dichalcogenides[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)]菱面体堆积双层过渡金属二硫属化物TMD的界面铁电性。
图1：双层过渡金属二硫属化物TMDS晶体结构和压电力显微表征。
图2：R-堆叠双层过渡金属二硫属化物TMD装置的滞后。
图3：极化电场依赖性。
图4：R-堆叠双层过渡金属二硫属化物TMDS内建层间电势的估计以及与理论比较。
R-堆叠双层过渡金属二硫属化物TMDs的强界面铁电性，开启了研究铁电性和过渡金属二硫属元素化物TMDs的物理性质之间相互作用的可能性:首先，当半导体过渡金属二硫属化物TMDs,通过门控进行电掺杂时，可以获得铁电半导体，其中电子传导通过极化方向来打开和关闭。 第二，由于形成了谷自由度紧密束缚激子，过渡金属二硫属化物TMDs显示出非常丰富的光学性质。铁电极化通过能带结构耦合到这些激子，使得能够对光学响应进行非易失性电控制。 第三，在平行堆叠系统之外，MX-和XM-堆叠TMDs的层极化性质，将作为扭转同质双层TMDs的基本构建块，并将在实空间和动量空间引起显著的电场响应。 最后，所有这些独特性质，将很容易通过用不同二维材料制备异质结构，从而构建新的功能器件。
文献链接：https://www.nature.com/articles/s41565-021-01059-zhttps://doi.org/10.1038/s41565-021-01059-z | 
