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Integration of graphene and two-dimensional ferroelectrics: properties and related functional devices.
Nanoscale Horizons ( IF 8.0 ) Pub Date : 2020-07-02 , DOI: 10.1039/d0nh00255k Xin Jin 1 , Yu-Yang Zhang , Sokrates T Pantelides , Shixuan Du
Nanoscale Horizons ( IF 8.0 ) Pub Date : 2020-07-02 , DOI: 10.1039/d0nh00255k Xin Jin 1 , Yu-Yang Zhang , Sokrates T Pantelides , Shixuan Du
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Ferroelectric (FE) thin films have been investigated for many years due to their broad applications in electronic devices. It was recently demonstrated that FE functionality persists in ultrathin films, possibly even in monolayers of two-dimensional (2D) FEs. However, the feasibility of 2D-based FE functional devices remains an open challenge. Here, we employ density-functional-theory calculations to propose and document the possible integration of graphene with 2D FE materials on metal substrates in the form of functional FE devices. We show that monolayers of proposed M2O3 (M = Al, Y) in the quintuple layer (QL) In2Se3 struCture are stable 2D FE materials and that QL-M2O3 is a functional tunnel barrier in a graphene/QL-M2O3/Ru heterostructure. The QL-M2O3 barrier width can be modulated by its polarization direction, whereby the heterostructure can function as a prototype ferroelectric tunnel junction. Moreover, alternating the polarization of QL-M2O3 modulates the doping type of graphene, enabling the fabrication of graphene p–n junctions. By design, the proposed heterostructures can in principle be fabricated by intercalation, which is known to produce high-quality, large-scale 2D-based heterostructures.
中文翻译：
石墨烯和二维铁电体的集成：特性和相关功能器件。
由于铁电（FE）薄膜在电子设备中的广泛应用，已经对其进行了多年的研究。最近证明，有限元功能在超薄膜中仍然存在，甚至在二维（2D）有限元单层中也可能存在。然而，基于2D的有限元功能设备的可行性仍然是一个开放的挑战。在这里，我们采用密度泛函理论计算来提出和证明石墨烯与二维FE材料在功能性FE器件形式的金属基板上的可能集成。我们显示的提议中号即单层2 ö 3（M =铝，Y）中五元组层（QL）在2硒3 STRU Ç TURE是稳定的2D FE材料和QL-M 2 ö图3是石墨烯/ QL-M 2 O 3 / Ru异质结构中的功能性隧道势垒。QL-M 2 O 3势垒宽度可以通过其极化方向进行调节，从而异质结构可以用作原型铁电隧道结。此外，交替改变QL-M 2 O 3的极化方向可以调制石墨烯的掺杂类型，从而可以制造石墨烯p–n结。通过设计，提出的异质结构原则上可以通过插层来制造，已知该插层可产生高质量的，大规模的基于2D的异质结构。
更新日期：2020-08-25
中文翻译：
石墨烯和二维铁电体的集成：特性和相关功能器件。
由于铁电（FE）薄膜在电子设备中的广泛应用，已经对其进行了多年的研究。最近证明，有限元功能在超薄膜中仍然存在，甚至在二维（2D）有限元单层中也可能存在。然而，基于2D的有限元功能设备的可行性仍然是一个开放的挑战。在这里，我们采用密度泛函理论计算来提出和证明石墨烯与二维FE材料在功能性FE器件形式的金属基板上的可能集成。我们显示的提议中号即单层2 ö 3（M =铝，Y）中五元组层（QL）在2硒3 STRU Ç TURE是稳定的2D FE材料和QL-M 2 ö图3是石墨烯/ QL-M 2 O 3 / Ru异质结构中的功能性隧道势垒。QL-M 2 O 3势垒宽度可以通过其极化方向进行调节，从而异质结构可以用作原型铁电隧道结。此外，交替改变QL-M 2 O 3的极化方向可以调制石墨烯的掺杂类型，从而可以制造石墨烯p–n结。通过设计，提出的异质结构原则上可以通过插层来制造，已知该插层可产生高质量的，大规模的基于2D的异质结构。
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