二維鐵電資料因其自發的鐵電極化和天然的納米厚度，在微納尺度的鐵電功能器件中具有廣泛的應用前景。非共價的層間范德華力使得二維資料能够較為容易地滑移和旋轉，從而產生了一系列新奇的物理現象，為其鐵電性質提供了新的調控維度。
近日，資料學院强度室鄧俊楷教授同澳大利亞墨爾本大學Zhe Liu副教授合作，通過第一性原理計算，在具有皺褶結構的雙層IV-VI族二維資料MX（M=Ge，Sn；X=S，Se）中發現了層間滑移誘發的面內可逆鐵電-反鐵電相變現象。深入分析發現，通常看似較弱的層間范德華力可以引起MX面內晶格發生畸變，在層間滑移過程中導致上層MX的面內共價鍵發生重構，誘發極化方向翻轉，從而實現鐵電和反鐵電之間的相互轉變。此外，基於該物理現象，提出了利用層間滑移誘發鐵電-反鐵電相變的納米發電機模型。由於滑移過程中，能够產生高達40μC/cm2的鐵電極化變化，同時借助二維範德華資料的超潤滑特性，理論上可以產生巨大的電信號輸出。計算表明其理論輸出功率高於二維壓電材料約四個數量級，表明了IV-VI族二維層狀資料在納米尺度的力電能量轉換器件方面具有巨大的潜力。
本項研究成果最近以《二維IV-VI族化合物層間滑移中範德華力誘發的鐵電-反鐵電相變》（Van der Waals force-induced intralayer ferroelectric-to-antiferroelectric transition via interlayer sliding in bilayer group-IV monochalcogenides）為題發表在國際著名期刊《npj計算材料學》（npj Computational Materials，IF=12.241）上。這是西安交通大學資料學院鄧俊楷教授和澳大利亞墨爾本大學Zhe Liu副教授在近年的合作研究中，在“二維智能材料”領域合作發表的第10篇研究論文（包括JACS論文2篇，Nat. Commun.論文1篇，npj Comput. Mater.論文2篇，Nanoscale論文1篇，PRB論文2篇，PRApplied論文1篇，APL論文1篇）。西安交通大學為本論文的第一作者和第一通訊組織，論文第一作者為資料學院博士生徐博。本項研究得到了國家自然科學基金面上項目、港澳與海外學者合作研究基金項目，以及中央高校基本科研業務費等的資助。研究工作主要在西安交大高算平臺上完成。
論文連結：https://www.nature.com/articles/s41524-022-00724-8