近日，宁波东方理工大学讲席教授李润伟、中国科学院宁波材料技术与工程研究所何日研究员，与宁波大学物理科学与技术学院研究员王宏伟等合作，在二维滑移铁电体研究中取得重要突破，首次为原子层厚度的滑移铁电体装上“方向盘”，使这种新型二维铁电材料实现了精准定向滑移。
相关成果发表于国际物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）。
信息存储的 "三重考题"
在信息存储与智能器件的竞赛中，"更小、更快、更省电"是三个关键问题。由滑移铁电体制备的器件，凭借其独特的层间滑移翻转机制和原子级厚度，展现出超低能耗、超快响应和优异耐疲劳特性，被视为下一代非易失存储的重要候选。
所谓滑移铁电体，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，“对齐”与“错开”两种堆垛构型，实现垂直方向的极化翻转，天然对应着信息存储所需的两个状态。
然而，理想单畴结构的滑移铁电体，内部存在多条对称等价的滑移路径。以双层氮化硼为例，其六角晶格具有三重旋转对称性，具有三条完全等价滑移路径，原子层沿哪一条路径滑动，材料自身说了不算。
这意味着，外加电场下原子层可能沿任意一条等价路径滑移，也可能无法滑移，因此材料极化状态难以精确控制。如何让原子层在二维世界里沿指定方向滑动，是该领域的一道难题。
在 "AI for Science数字实验室" 里铺一条单行道
研究团队以双层氮化硼材料为范例，利用AI辅助跨尺度模拟计算方法，在超级计算机中搭建起一间“数字实验室”：先用直接从量子力学基本方程出发的第一性原理计算，摸清材料的电子结构与微观结构 "家底"；再借助AI辅助的深度势能分子动力学模拟，就像架设起一个超高分辨的微观摄像机，追踪数百万个原子在飞秒分辨率上的集体运动轨迹。
在此基础上，团队沿单一方向对材料施加单轴应变，打破其原有的三重旋转对称性，构建出一种由非本征机制主导的方向锁定层间滑移。
模拟结果清晰地显示：在电场驱动下，原子层只能由 BA 堆垛滑向 AB 堆垛，如同驶入一条预设好的 "单行道"，实现了定向锁定滑移与极化翻转。完成一次极化翻转仅需约 1.7 皮秒，比传统铁电材料快 3 至 4 个数量级。此外在层间定向滑移过程中，还存在晶格的震荡，从而诱导动态磁矩和太赫兹波。
从理论模型走向器件验证
该研究建立了一种通过应变工程，将二维材料层间定向滑移、极化定向调控与超快响应统一起来的新范式，为开发超快、低功耗、高精度的非易失信息器件和亚纳米机电器件提供了一条新路径。
王宏伟为论文的第一作者，何日和李润伟为通讯作者。该项目得到国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等项目资助。
相关论文信息:
https://doi.org/10.1103/jq6y-y9ft
