科学家发现有机铁电量子隧穿效应

中科院上海技物所褚君浩院士、孟祥建研究员课题组基于聚偏氟乙烯聚合物（PVDF）材料，构建了铁电隧穿结固态器件，发现了铁电极化操控的直接量子隧穿效应。相关研究成果日前发表于《自然—通讯》。

量子隧穿效应是一种量子特性，是电子等微观粒子能够穿过其本来无法通过的“墙壁”的现象。铁电量子隧穿效应是将普通“墙壁”层（或者称作“垒”层）换为铁电材料，利用铁电材料的极化翻转特性改变“墙壁”的厚度和高度，进而实现对量子隧穿特性、状态的操控。

研究人员利用朗缪尔-布拉基特（LB）薄膜转移的方法，将精准控制分子层厚度（单层厚度约2纳米，包含3~4个分子层）的PVDF二维薄膜转移至衬底上，获得了表面平整、分子链排列有序的样品，且具有二维铁电特性的PVDF超薄膜。该项研究首次利用厚度只有几个纳米的铁电PVDF聚合物超薄膜作为隧道结的势垒结构，并发现了铁电极化对隧穿电流的调控比超过1000%，为探索隧穿电子与极化耦合特性以及发展基于铁电隧道结的新型电子器件提供了基础。

“铁电隧道结器件将有望在未来高密度、低功耗、高度集成的逻辑和存储器件中实现应用。”褚君浩告诉《中国科学报》记者，基于铁电量子隧穿效应，亦可构建新型的高灵敏光电探测器件。PVDF铁电隧道结器件除上述潜在应用外，还具有易与硅基电路集成、大面积制备、可卷曲特性等突出优势，这将有利于其在柔性光/电子器件领域的应用。中科院上海技物所褚君浩院士、孟祥建研究员课题组基于聚偏氟乙烯聚合物（PVDF）材料，构建了铁电隧穿结固态器件，发现了铁电极化操控的直接量子隧穿效应。相关研究成果日前发表于《自然—通讯》。

量子隧穿效应是一种量子特性，是电子等微观粒子能够穿过其本来无法通过的“墙壁”的现象。铁电量子隧穿效应是将普通“墙壁”层（或者称作“垒”层）换为铁电材料，利用铁电材料的极化翻转特性改变“墙壁”的厚度和高度，进而实现对量子隧穿特性、状态的操控。

研究人员利用朗缪尔-布拉基特（LB）薄膜转移的方法，将精准控制分子层厚度（单层厚度约2纳米，包含3~4个分子层）的PVDF二维薄膜转移至衬底上，获得了表面平整、分子链排列有序的样品，且具有二维铁电特性的PVDF超薄膜。该项研究首次利用厚度只有几个纳米的铁电PVDF聚合物超薄膜作为隧道结的势垒结构，并发现了铁电极化对隧穿电流的调控比超过1000%，为探索隧穿电子与极化耦合特性以及发展基于铁电隧道结的新型电子器件提供了基础。

“铁电隧道结器件将有望在未来高密度、低功耗、高度集成的逻辑和存储器件中实现应用。”褚君浩告诉《中国科学报》记者，基于铁电量子隧穿效应，亦可构建新型的高灵敏光电探测器件。PVDF铁电隧道结器件除上述潜在应用外，还具有易与硅基电路集成、大面积制备、可卷曲特性等突出优势，这将有利于其在柔性光/电子器件领域的应用。