Giant tunnel electroresistance in two-dimensional ferroelectric tunnel junctions constructed with a Sc2CO2/In2Se3 van der Waals ferroelectric heterostructure

铁电性 异质结 材料科学 凝聚态物理 范德瓦尔斯力 极化(电化学) 物理 光电子学 量子力学 物理化学 化学 电介质 分子
作者
Aijie Xie,Hua Hao,Chun-Sheng Liu,Xiaohong Zheng,Lei Zhang,Zhi Zeng
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (11) 被引量:48
标识
DOI:10.1103/physrevb.107.115427
摘要

Two-dimensional (2D) ferroelectric materials have attracted great attention in recent years due to their thin thickness, high stability, and switchable polarization states. In particular, ferroelectric tunnel junctions (FTJs) constructed from 2D ferroelectric materials have been shown to have very high tunnel electroresistance (TER) ratios. In this work, we design a ferroelectric tunnel junction composed of ${\mathrm{Sc}}_{2}{\mathrm{CO}}_{2}/{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Se}}_{3}$ vertical van der Waals (vdW) heterostructure based on two different 2D ferroelectric materials with out-of-plane polarization. Through density functional calculations combined with a nonequilibrium Green's function technique, it is found that the TER ratio as high as ${10}^{7}%$ can be achieved. Analysis shows that it originates from the difference in the work functions of the contact surfaces of the two ferroelectric materials, which makes charge transfer occur or not occur between them and further leads to a metalinsulator switching of the ferroelectric vdW heterostructure upon the reversion of the applied electrical field. The results suggest the importance of ferroelectric vdW heterostructure in the design of FTJs and a feasible design scheme characterized by proper choice of the work functions and band gaps of the component materials.
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