Electric Field Tunable Interlayer Sliding Ferroelectricity in 2H-Stacked Multilayer WSe2

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作者
Jinkyu Kim,Taehun Lee,Cheong-Eung Ahn,Kyunghwan Sung,Dong Hwan Lee,Taehyeok Jin,Ganghyeok Seo,Dongbeom Goo,Seok Lee,Jaehyun Cho,Sung‐Jin Chang,Takashi Taniguchi,Kenji Watanabe,Kyung‐Hwan Jin,Gil Young Cho,Sungjae Cho
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (40): 35638-35646 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c11193
摘要

Ferroelectricity in two-dimensional (2D) materials has strong potential for the development of ultrathin, low-power memory devices. However, most 2D ferroelectric systems reported to date rely on moiré superlattices or structural asymmetry, such as rhombohedral stacking, limiting their scalability and fabrication yield. Here, we report emergent ferroelectric switching in hexagonal (2H)-stacked multilayer Tungsten diselenide (WSe 2 ) heterostructures. In devices composed of 2L or thicker WSe 2 and graphene electrical sensors, four-terminal resistance measurements reveal clear hysteresis and switching behavior, which remain stable over tens of repeated cycles. In particular, applying a bottom gate voltage to modulate the external electric field led to an increase in both the relaxation time and polarization magnitude. Density functional theory (DFT) calculations show that although ideal 2H-stacked multilayer WSe 2 preserves mirror or inversion symmetry, an applied electric field induces interlayer sliding toward metastable states that break the symmetry. The calculated polarization is in good agreement with the experimental values inferred from Hall carrier density measurements. Our findings deepen the understanding of sliding ferroelectricity in naturally stacked 2H-stacked transition metal dichalcogenides (TMDs) with implications for the design of scalable ferroelectric devices that do not require artificial symmetry breaking.
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