多铁性材料是指同时具备铁电性和磁性有序相的材料，因其在存储和逻辑器件等领域的应用潜力而非常关注。与传统的单一功能材料相比，多铁性材料具备电磁特性相互控制的优点，可以在一定程度上完成更高效的能源利用和信息处理。然而，这类材料在单相状态下往往面临铁电性和磁性相互排斥的问题，因此带来了探索新型多铁性材料的挑战。近日，来自电子科技大学彭波教授、邓龙江教授、严鹏教授以及中国人民大学Wei Ji等人的研究团队在二维范德华（vdW）材料的研究中取得了新进展。他们成功设计并制备了几层NiI₂多铁性材料，展示了其同时具备铁电性和反铁磁性的特性。利用磁-光-电联合测量技术，该团队明显提高了该材料的性能，成功获取了在几层原子极限下的多铁性行为。这一成果不仅为低维物理学中的磁电耦合提供了新的视角，还为未来的自旋电子器件开发奠定了基础。
【表征解读】本文通过共聚焦拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、导电原子力显微镜（CAFM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等多种表征手段，对氮化硼（hBN）薄膜的生长特性及其界面性质进行了深入研究，从而揭示了hBN薄膜的高晶体质量和优良介电特性。拉曼光谱分析提供了hBN单层的特征峰，验证了其单晶特性和薄膜的均匀性，而SEM和EBSD则通过表面形态和晶体取向的表征，显示出hBN岛屿的生长机制及其与基底之间的相互作用。针对hBN薄膜中不同边缘现象的观察，本文利用导电原子力显微镜（CAFM）探测了电流分布特征，揭示了其导电性与材料缺陷之间的关系。此外，通过TEM的高分辨成像，我们也可以直接观察到hBN与铜基底的界面结构，进一步探索了其晶体质量和界面相互作用的微观机理。采用电子能量损失光谱（EELS）对界面化学成分做多元化的分析，进一步确认了hBN/Cu界面的化学特性，这为理解材料的电气性能提供了重要依据。
在此基础上，通过多种表征手段的结合，研究结果为出大面积、单晶hBN薄膜的优越性能，尤其是在高频电子器件和神经形态计算中的应用潜力。通过SEM和AFM的联合应用，我们成功地绘制了hBN薄膜的表面形貌和电流分布图，表明该材料具备良好的均匀性和稳定能力，适合于未来纳米电子器件的构建。
总之，经过系统的拉曼光谱、SEM、CAFM、TEM和XPS表征，我们深入分析了氮化硼薄膜的生长特性、结构质量及其与基底的界面性质。这些表征不仅揭示了hBN在微观层面的重要特性，还促进了新型高质量二维材料的制备，推动了后硅时代电子器件的发展。本文的研究结果为进一步探索hBN及其异质结构在新兴电子和光电应用中的潜力奠定了坚实基础。
参考文献：Wu, Y., Zeng, Z., Lu, H. et al. Coexistence of ferroelectricity and antiferroelectricity in 2D van der Waals multiferroic. Nat Commun 15, 8616 (2024).
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