Nonlinear Optical Response in Layer‐Stacked Gallenene with Ferroelectric Polarization

材料科学 铁电性 非线性光学 极化(电化学) 非线性系统 光电子学 图层(电子) 光学 纳米技术 电介质 化学 物理 物理化学 量子力学
作者
Muhammad Yunusa,Andrew Schulz,Tim Parker,Felix Schneider,Kenan Elibol,Marius Predel,Jana Dzíbelová,Marius Rebmann,Taylan Görkan,Jiahao Ye,Jin‐Chong Tan,Wenbin Kang,Peter A. van Aken,Alfred J. Meixner,Engin Durgun,Jani Kotakoski,Dai Zhang,Metin Sitti
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202501058
摘要

Abstract Polar metals are very rare and challenging to realize due to the incompatibility of ferroelectricity and metallicity. Mobile electrons in polar metals effectively screen the static electric field and dipoles. Recent studies show that 2D van der Waals metals without an inversion center can have polar order due to specific layer stacking. However, room temperature reversible ferroelectricity and nonlinear second harmonic generation in non‐centrosymmetric polar metals remain unrealized. Here, the experimental realization of AB‐stacked gallenene (a100) nanocrystals with a room temperature ferroelectric polarization in a liquid gallium environment is reported. Using first‐principles calculations, the origin of spontaneous polarization (Ps) due to a broken symmetry in multilayer gallenene structures, resulting in P1 (space group) and C1 (point group) symmetry is explained. The reversible polarization switching is characterized using piezoresponse force microscopy. This results demonstrate the reversible nonlinear optical response of the AB‐stacked gallenene crystal through second harmonic generation (SHG) microscopy. The intensities of SHG signals are controlled via angular rotations and thermal heating, which indicate a phase transition at high temperatures. Furthermore, electrical perturbation enables the tunability of SHG intensity. Bipolar resistive switching is demonstrated in a two‐terminal device. These findings open avenues for advancements in 2D ferroelectricity, piezoelectricity, and topological superconductivity.
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