(相关资料图)

莱斯大学材料科学家Boris Yakobson和他的团队发现了铁电二维材料的一个特性，该特性有可能被作为未来设备的一个特征加以利用。根据发表在ACS Nano上的一项研究，单层铁电材料由于具有响应电刺激而弯曲的能力，可以被控制作为一个纳米级的开关，甚至是一个电机。

单层或二维材料通常由单层原子组成，这意味着它们只有几纳米的厚度。近年来，由于它们的物理、电气、化学和光学特性，它们受到了极大的关注，这使得它们在从消费电子到医疗和工业技术的应用中都很有用。

“二维材料非常薄而且非常灵活，”Yakobson说，“在单层铁电体中，这产生了一种意想不到的自发的、活跃的弯曲行为。我们在这项研究中发现的新颖之处在于，铁电状态与材料的弯曲或屈曲之间存在着联系或耦合。这项工作将一类二维材料的基本属性的发现或预测与实际应用角度结合起来。”

“有趣的是，这些原子并不完全相同，”莱斯大学博士后研究助理兼该项研究的主要作者张俊杰解释说，“它们中的一些较大，一些较小，所以层的对称性被打破。”

偏振驱动较大的原子到二维材料层的一侧，较小的原子到另一侧。原子或离子的这种不对称分布导致材料表面在铁电状态下弯曲。

“因此，在铁电状态下，材料不是保持平坦，而是会弯曲，”Yakobson说，“如果希望切换极化，可以通过施加电压来切换它，还可以控制它的弯曲方向。这种可控行为意味着它本身就是一个致动器。”

致动器是将任何信号——在许多情况下是电信号，但也可以是不同种类的信号转化为机械位移的设备。

该研究将二维磷化铟（InP）作为铁电体类别的代表，对其预测了这种特性。

“这种新的特性或弯曲行为必须在实验室中对特定物质进行测试，”Yakobson说，“它最可能的用途将是作为一种开关。这种行为非常快，非常敏感，这意味着通过一个非常微小的局部信号也许就可以打开一个涡轮机或电动引擎，或控制自适应光学望远镜的镜子。这基本上就是这些致动器的本质。就好比当你驾驶汽车时，你有很多旋钮和开关，它使一切变得非常容易。你不必再摇开你的车窗，轻点开关就可以完成。”

该研究由美国陆军研究办公室和海军研究办公室资助，通过国家科学基金会的ACCESS计划提供计算资源。