Ferroelectric enhancement and high-density array design in arsenene/CuInP2S6 heterostructures via interface engineering

异质结 堆积 超晶格 凝聚态物理 极化(电化学) 铁电性 居里温度 范德瓦尔斯力 非易失性存储器 材料科学 电荷(物理) 对称(几何) 密度泛函理论 电荷密度 压电 晶体结构 挠曲电 Crystal(编程语言) 相(物质) 光电子学
作者
Shuaiyu Yi,Xi Wu,Jia Li
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:112 (15)
标识
DOI:10.1103/b7qd-2xqx
摘要

Interlayer stacking in two-dimensional van der Waals heterostructures offers a powerful means to tune crystal symmetry and charge distribution. In this work, we designed a low-mismatch heterostructure consisting of arsenene and ${\mathrm{CuInP}}_{2}{\mathrm{S}}_{6}$ (CIPS), in which interface-induced effects stabilize a high-polarization (HP) phase. First-principles calculations demonstrate that orbital symmetry matching between Cu and As atoms promotes the spontaneous formation of Cu-As bonds, which enhances Cu displacement and interlayer charge redistribution, thereby strengthening the out-of-plane polarization. Building on this mechanism, we proposed a trilayer chiral moir\'e superlattice of arsenene/CIPS/arsenene as a ferroelectric memory array, featuring two discrete polarization domains with a maximum polarization of 7.00 pC/m and an estimated storage density of ${10}^{10}\phantom{\rule{4pt}{0ex}}\mathrm{bits}/{\mathrm{mm}}^{2}$. Arsenene coupling, particularly via Cu-As bonds, further increases the ferroelectric switching barrier and Curie temperature. These findings present a pressure-free strategy for stabilizing the HP phase of CIPS at room temperature and provide a promising platform for high-speed, high-density, nonvolatile ferroelectric memory applications.
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