近日，番茄小说 王宏伟研究员联合宁波东方理工大学李润伟教授和中国科学院宁波材料技术与工程研究所何日研究员等，在滑移铁电体极化切换机制研究中取得新进展，相关研究成果以“由非正机制驱动的滑移铁电体中的定向锁定开关”为题，发表于国际顶刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。
滑移铁电体是一类新型二维铁电材料。其上下原子层能够通过相对滑动实现垂直极化翻转，因而具备低能耗、快速响应和优异疲劳耐受等潜力。然而，在理想单畴结构中，材料通常存在多条对称等价的滑移路径，外加电场难以指定原子层沿哪一方向运动，导致极化的切换与调控具有方向不确定性。这一问题制约了滑移铁电体在高精度信息器件中的应用。
研究团队以双层氮化硼为模型体系，提出通过单轴应变打破材料原有的三重旋转对称性。计算表明，压缩应变可诱导产生非对角Born有效电荷，并在垂直电场作用下形成确定的面内驱动力，使原子层只能沿特定方向由BA堆垛滑向AB堆垛，实现类似“单行道”的定向锁定极化翻转。相反，在拉伸应变下，非对角Born有效电荷的符号发生反转，面内驱动力转向通往高能AA堆垛的路径，从能量上阻止了反向滑移。
进一步研究表明，这一定向选择性滑移源于单轴应变与面内极化之间的非本征双线性耦合。应变不仅破缺了对称性，还锁定了面内极化方向及非对角Born有效电荷的符号；当应变由压缩转为拉伸时，二者同时反转。与此同时，压缩应变显著降低了层间滑移能垒，其理论计算值可接近于零。研究团队利用约化电荷密度梯度方法，进一步揭示了范德华相互作用的细微变化是驱动Born有效电荷符号反转和能垒降低的微观起源。研究团队还展示了该机制在器件调控中的可行方案，通过沿三个相差60度的方向交替施加应变和电场，可将滑移过程拆分为连续、可编程的操作，使特定原子或结构单元沿预设轨迹实现长程、精准移动。
在性能层面，研究团队基于深度势分子动力学模拟发现双层氮化硼模型可在约1.7 ps时间尺度内实现极化翻转。由于该过程由单畴的晶格驱动，不依赖畴壁的成核和传播，其本征极化响应时间不受器件尺寸的限制。此外，该机制并不局限于双层氮化硼，还可推广至双层MoS₂、γ-InSe和WSe₂等滑移铁电体系。在多层体系中，定向锁定滑移可通过逐层滑移和耦合拖曳的方式延续。极化翻转后产生的晶格振荡还可诱导动态磁矩和太赫兹光信号，显示出其在动态多铁性和新型光电器件中的应用前景。
该研究从对称性调控、微观范德华相互作用到器件性能验证，建立了滑移铁电体定向调控的完整物理图像，为发展超快、低功耗、高精度的非易失信息器件和纳米机电器件提供了新的理论依据。论文第一作者为番茄小说 王宏伟研究员、合肥综合性国家科学中心金敢博士和中山大学戴敏芝博士；李润伟教授和何日研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目支持。