エレクトロニクス：導電性界面強誘電体における蓄積分極

最近、2層原子層構造における強誘電性が、非中心対称性の六方晶単位格子を持つ二次元材料において予測・測定された。この結晶対称性によって、平行二次元層間の横方向のずれが面外電気分極の符号変化に変換される。これは、「スライドトロニクス（slide-tronics）」と呼ばれる機構である。こうした観測結果は、低電荷キャリア密度下におけるたった2つの分極状態間のスイッチングに限られるため、明らかにされているこうした現象の実際的応用は制限されている。この問題を克服するには、多層ファンデルワールス積層体における分極の性質と、それが層内および層間の電荷再分配によってどのような影響を受けるのか、さらにそれが可動電荷キャリアの追加に対してどの程度まで残存できるのかを調べることが望ましい。今回我々は、これらの疑問を調べるために、整列（aligned）配置および反整列（anti-aligned）配置の極性界面を持つWSe₂平行多層体およびMoS₂平行多層体の表面電位測定を行った。その結果、ほぼ分離した等間隔の電位ステップが見いだされた。これは、高度に閉じ込められた界面電場を示しており、そうした電場は、多状態「ラダー強誘電体（ladder-ferroelectric）」を設計する手段をもたらす。さらに我々は、10¹³ cm⁻²という高い可動電荷キャリア密度の静電ドーピングを行い、依然として内部分極が顕著であり、かなりの面内電気伝導率を伴うことを見いだした。我々は、密度汎関数理論計算を用いて、実空間と運動量空間における余剰の電荷再分配を追跡し、ドーピングによって誘起される最終的な脱分極機構を特定した。

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