铁电材料因具有可逆调控的自发极化，在非易失存储、低功耗电子器件以及新型信息技术领域具有重要应用前景。然而，传统铁电材料在尺寸微缩过程中容易受到去极化场和界面效应影响，导致铁电性能衰减。因此探索具有原子级厚度、稳定铁电性的二维铁电材料，成为凝聚态物理和材料科学领域的重要研究方向。近年来，二维范德华材料凭借其独特的层状结构和优异的界面兼容性，为突破传统铁电材料尺寸限制提供了新的机遇。然而，高质量二维铁电薄膜的可控制备以及铁电机制的深入理解仍然面临挑战。

　　近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心联合香港科技大学、河北大学等科研团队在二维铁电材料研究领域取得重要进展，成功实现了二维层状β-Bi₂SeO₅薄膜的高质量制备，并发现其具有稳健的室温铁电性。研究团队发展了一种基于分子束外延生长结合紫外辅助氧化调控的方法，实现了β-Bi₂SeO₅薄膜的可控制备。通过对二维铋基氧硒化物结构的精准调控，获得了具有优异晶体质量和层状结构的β-Bi₂SeO₅薄膜，为研究二维铁电材料提供了新的材料平台。研究发现，β-Bi₂SeO₅薄膜表现出优异的铁电稳定性。在室温条件下，该材料能够实现明显的极化翻转行为，并且铁电性可以保持至单层极限，突破了传统铁电材料在纳米尺度下性能衰减的限制。宏观铁电测试仪结果显示10 nm厚的薄膜的铁电极化强度达到10 μC/cm²，证明该材料具备实际器件应用潜力。理论计算表明，材料内部[SeO₃]结构单元的位移以及局域电荷重新分布共同驱动了稳健铁电极化的形成，为理解二维氧硒化物中的铁电机制提供了新的认识。值得关注的是，β-Bi₂SeO₅不仅具有优异的铁电性能，同时表现出铁电与光电性质耦合的特征，为发展新型铁电光电子器件提供了可能。该研究拓展了二维铁电材料体系，展示了铋基层状氧化物在低功耗电子器件、多功能信息存储以及光电融合器件中的应用潜力。该成果为探索极限尺度下的铁电物理提供了新的材料体系，也为构筑下一代高性能、低功耗纳米电子器件奠定了基础。

　　该研究成果以“Robust Room-Temperature Ferroelectricity in β-Bi₂SeO₅ Thin Films”为题发表在《Nano Letters》。河北大学来中国科学院物理研究所联合培养的硕士生李伟为第一作者。中国科学院物理研究所张坚地研究员、梁艳副研究员、陈潘副研究员和香港科技大学Runzhang Xu博士为共同通讯作者。文章的合作者还有中国科学院物理研究所的郭建东研究员、杨芳副研究员、郭阳副研究员，以及河北大学的张威副教授。该工作得到国家自然科学基金委和科技部等项目的资助。

　　论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c03261

图. 二维β-Bi₂SeO₅薄膜的制备和面外铁电性能研究