铁电材料可用于数据的非易失性存储，有望解决因内存进一步小型化后棘手的量子隧穿和散热等问题。为了提高数据存储的密度，人们通常需要利用铁电薄膜垂直方向的极化特性。但传统铁电材料在薄膜厚度低于一定程度时，垂直极化特性会因退极化场的存在导致消失。一般来说，铁电性和铁磁性在信息读写方面各有优势和劣势，最佳组合则是“电写磁读”，因而兼具铁电性和铁磁性并相互耦合的多铁材料成为该研究领域的热点。
华中科技大学物理学院凝聚态物理研究所的吴梦昊教授团队近期做出了新的突破，报道了化学功能化磷烯作为拥有垂直极化和可移动磁性的二维多铁体。相关论文发表在Journal of the American Chemical Society 杂志上，吴梦昊教授为论文的通讯作者，2015级的博士生杨庆为第一作者。
该研究成果通过第一性原理计算表明，卤素功能化磷烯双层具有诸多优异性能。例如，它的磁性可以由其铁电性控制，在高自旋极化、高P掺杂的“开”状态和无磁绝缘的“关”状态之间转换，使 “电写磁读”成为可能；其垂直方向的极化并未因退极化场而消失，使高密度存储成为可能；该功能单元还可集成于二维材料的晶圆中，形成类似于硅晶圆的PN沟道结构。论文还指出，卤素功能化磷烯双层坚挺的垂直极化可归因于共价铁电体不同于离子铁电体的特性，该规律可扩展至其他二维材料（如石墨烯、二硫化钼等）双层，其中每个插入的卤素或氢吸附原子都可存储1比特的数据，与上层成键时可表述为“0”，与下层成键时可表述为“1”，这一结构设计有望用于制成高密度存储的单原子内存。
该工作得到华中科技大学人才引进基金和国家自然科学基金的资助。
该论文作者为：Qing Yang, Wei Xiong, Lin Zhu, Guoying Gao and Menghao Wu
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Chemically Functionalized Phosphorene: Two-Dimensional Multiferroics with Vertical Polarization and Mobile Magnetism
J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 11506, DOI: 10.1021/jacs.7b04422
吴梦昊教授简介
吴梦昊教授于2014年底加入华中科技大学物理学院凝聚态研究所，此前分别在美国内布拉斯加大学、弗吉尼亚联邦大学及麻省理工学院从事研究工作，长期致力于纳米受限体系物理及化学性质的理论研究，并取得了一系列的研究成果（J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 5554；J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 14423；Nano Lett., 2014, 14, 5350；Nano Lett., 2015, 15, 3557；Nano Lett., 2016, 16, 3226；Nano Lett., 2016, 16, 7309；ACS Nano, 2017, 11, 6382），引起国内外同行的广泛关注。
学校官网报道
http://phys.hust.edu.cn/yjdt2/1803.htm
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