APL | 郑州大学计算物理与量子能源材料设计团队:基于滑移工程的范德华 VSe₂器件的多电导态研究

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随着后摩尔时代对高密度、低功耗存储需求的日益增长，如何在原子尺度下实现多态非易失性存储已成为凝聚态物理与电子器件领域的前沿热点。近日，郑州大学物理学院计算物理与量子能源材料设计团队在该方向取得重要进展，相关成果以“Sliding-engineered multiple conductive states in van der Waals VSe₂ devices”为题，发表于Applied Physics Letters。该研究不仅为二维反铁磁材料在自旋电子学中的应用开辟了新路径，也为构建下一代高密度、低功耗的多态存储器提供了全新的器件设计方案。

研究成果：单一材料实现12种电导态，TMR突破8000%

针对传统二维多铁器件普遍存在的铁磁层与铁电层异质分离所带来的界面复杂、集成度低、需双场（电场与磁场）调控能耗大等挑战，研究团队提出了一种创新的“一体式”多铁隧道结设计。该设计以二维反铁磁材料VSe₂为核心，巧妙利用了其在3R堆叠下同时具备的磁性与滑移铁电特性。通过第一性原理量子输运模拟，团队构建了Au-Graphene（Gr）-VSe₂-TaS₂二维范德华异质结，并系统研究了其电子输运性质。

1. 性能指标优异：在优化偏压条件下，器件的隧道磁阻（TMR）和隧道电阻（TER）分别可突破8000% 和4000%，表现出极强的电控磁性能和信号读写能力；

1. 全电控机制：该器件理论层面能摆脱对磁场的依赖，仅通过电学方式即可完成所有状态的切换，实现全电学调控，极大降低能耗。

这一成果不仅证实了利用单一材料体系实现多态存储的可行性，也为解决传统多铁器件界面复杂、调控困难的问题提供了有效的理论指导。

第一作者：赵思莼，郑州大学物理学院2021级本科生，现为南京大学物理学院研究生。

通讯作者：杨洁，郑州大学物理学院青年教师，硕士生导师，主要从事凝聚态计算物理研究，在凝聚态物质的内禀磁学性质、界面调控和自旋电子器件等方面积累的丰富的计算方法和研究经验。近5年内以一作/通讯作者发表高质量论文十余篇，包括Physical Review B, Physical Review Applied, Materials Horizons, Advanced Electronic Materials, Applied Physics Letters, Nanoscale等国际主流学术杂志，以合作者在Physics Reports, Nature Electronics, Advanced Functional Materials等知名国际期刊发表30多篇学术论文。

Applied Physics Letters以简明扼要的最新报告为特色，介绍了应用物理学的重大新发现。APL强调关键数据和新的物理学见解的快速传播，及时发表新实验和理论论文，报告物理现象在科学，工程和现代技术的所有分支中的应用。