科学家通过原位PL、STEM等技术揭示了扩散介导合成方法对有机–无机混合钙钛矿纳米晶体（PNCs）的结构、形貌和光电性能的影响！
科学家通过荧光显微镜、TEM等仪器分析了光敏剂TBmA-Glu在体内外的抗肿瘤效果及其相关机制!
透射电子显微镜（TEM）和聚焦离子束（FIB）等先进仪器揭示二维范德瓦尔斯晶体InSe在压缩下的马氏体相变及其塑性特性！
【研究背景】二维半导体日益受到关注，源于其作为下一代晶体管的超薄平台的潜力。然而，要完全实现高性能的互补逻辑元件仍然面临严峻的挑战，且晶体管极性调节的基本机制尚未完全明了。未解决这一难题，华东师范大学物理与电子科学学院田博博青年研究员、朱秋香等人利用了铁电域基础的过渡金属二硫化物（MoS
）费米能级非易失性调制和通过纳米尺度六方氮化硼（h-BN）的量子隧穿效应。
我们的原型器件，称为垂直隧穿铁电场效应晶体管，采用范德华MoS2/h-BN/金属隧道结作为通道。MoS
的费米能级通过铁电域进行双极调节，并通过隧道结直接量子隧穿强度进行敏感检测，展示出垂直隧穿铁电场效应晶体管中达到109的出色电阻比。仅消耗0.16 fJ的能量即可开启超过104的比率窗口。这项工作不仅验证了定制隧道障碍在操控电子流中的有效性，还为先进铁电存储技术的设计灵活性和功能多样性开辟了新的道路。
解读】本文通过多种先进表征手段对器件的结构、性能及其微观机制进行了深入分析，揭示了垂直隧穿铁电场效应晶体管（FeFET）中重要的电学特性及其潜在应用。首先，本文通过拉曼光谱分析对MoS
、h-BN和石墨烯薄片的晶体结构和层数进行了表征，揭示了这些材料的优异性能。拉曼光谱测试表明，MoS
的E2g和A1g特征峰位分别出现在383.2 cm−1和407.5 cm−1，且E2g和A1g峰之间的差值为24.3 cm−1，证明了所使用的MoS2为多层材料，与文献中的标准特征一致。这一分析不仅确认了MoS2的层数，也为后续器件性能的优化提供了可靠的材料特征依据。同样，h-BN和石墨烯的特征峰也分别出现在1366.5 cm−1和1582 cm−1、2724 cm−1，表明这些材料具备较高的质量和完好的晶体结构，为构建具备优秀能力电学性能的器件奠定了基础。其次，通过透射电子显微镜（TEM）分析，本文对MoS2、h-BN和石墨烯之间的界面进行了详细的结构表征。TEM图像显示，MoS
与h-BN以及MoS2与石墨烯之间的界面均非常清晰，且接触界面无明显缺陷，表明这些二维材料在界面接触中的良好结合性和稳定能力。这一结果揭示了范德华异质结构在电子器件中的潜力，尤其是在隧穿电流的调控上，能够有实际效果的减少界面电阻，提高器件的性能。在微观机理方面，本文进一步通过铁电分析仪对P(VDF-TrFE)铁电材料的P-V滞线来测试，揭示了其优异的铁电特性。经过测量P(VDF-TrFE)的滞线，本文确定了铁电层的自发极化特性，并验证了其在栅控电场中的作用。该铁电材料在施加电压时能够产生强烈的极化效应，进而调节MoS2通道中载流子的浓度和带结构。这一发现为器件中的双极调节和量子隧穿效应提供了理论支持。
另外，本文还利用压电力显微镜（PFM）对P(VDF-TrFE)铁电材料的铁电性进行了进一步验证。通过PFM的成像技术，观察到铁电材料的自发极化方向有着非常明显的空间分布特性，证实了该材料在器件中的铁电效应能够在空间上进行精确控制。这一表征为理解器件中不同工作模式（如正向导通、OFF态、反向导通等）的形成提供了重要的微观机理支持。在电学特性表征方面，本文使用了Keithley 4200A-SCS参数分析仪对制备的器件进行了一系列的电流-电压（I-V）特性测试。测试根据结果得出，垂直隧穿FeFET在开态和关态之间具有极高的ON/OFF比，达到了10
，证明了该器件在开关特性上的优越性。此外，经过测量器件的导通电流和漏电流，本文进一步揭示了h-BN隧道层在调节电流流动中的关键作用。h-BN作为隧道层可以有明显效果地地控制电子的隧穿行为，同时，铁电层的极化效应则逐渐增强了器件的可调性和存储特性。
通过这些表征手段和对微观机理的深入分析，本文实现了对MoS2基器件的性能优化，并设计了具有高度可调性和灵活性的垂直隧穿铁电场效应晶体管（FeFET）。该器件不仅展示了双极调节和栅控特性，还表现出较低的能量消耗（仅需0.16 fJ）和较高的开关比（超过10
）。这些成果不仅推动了二维半导体材料在逻辑器件中的应用，还为未来的铁电存储技术和量子隧穿电流调控提供了新的研究思路。总之，通过一系列精准的表征分析，本文深入研究了铁电层和二维半导体材料在隧穿效应中的作用，进而制备出具备优秀能力性能的新型FeFET器件。该器件的开发不仅推动了二维半导体材料在先进电子器件中的应用，也为铁电存储器和量子器件的未来发展奠定了基础。
原文详情：Feng, G., Liu, Y., Zhu, Q. et al. Giant tunnel electroresistance through a Van der Waals junction by external ferroelectric polarization. Nat Commun 15, 9701 (2024).
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