石墨烯三明治中首次产生铁电冰

科学家们第一次在夹在石墨烯薄片之间的原子薄冰层中明确地观察到铁电水——分子偶极变得有序，物质获得电极化的一种状态。

铁电材料在没有电场的情况下表现出自发的电极化，类似于铁磁材料，铁磁材料表现出永久磁矩。考虑到水分子的极性性质，人们经常假设，当水分子偶极子变得有序时，就会存在铁电相。但最常见的冰是由不规则的氢键网络无序形成的。在很低的温度下，该体系接近铁电态，但由于铁电态与非有序态之间的能量差很小，因此难以检测。

通过在两层石墨烯之间限制一层冰，Ya-Ping谢长廷和她在台湾中央研究院的团队现在已经能够在室温下观察到铁电行为。他们通过在两片石墨烯片之间施加电压来制造这种单层石墨烯。静电引力迫使这些薄片聚在一起，挤压出它们之间的水分子，直到只剩下一层水层。

台湾研究小组通过三种不同的实验技术(包括电输运测量和高频激发)观测场相关的偶极子顺序，确认了铁电状态。他们发现，铁电反应一旦被诱导，即使在高达80°C的温度下也能保持稳定，但当多层冰形成时就会消失。

史蒂文·布拉姆韦尔来自英国伦敦大学学院的凝聚态化学家和物理学家，他说铁电冰的想法有特殊的吸引力，因为铁电性是物质的一种罕见的集体性质，而水是这样一种标志性的物质。布拉姆威尔说:“只有几个原子厚的样品很难证明，但他们似乎有很好的证据。”他们将石墨烯层夹在中间的方法是解决这个问题的一种创造性方法，“这是一个巧妙的想法，强调了冰样本边界的重要性，”他补充道。

在这项研究中，Hsieh和同事们提出了如何将铁电冰用于具有mem阻特性的器件。忆阻器的电阻取决于流过它的电流历史，这一特性目前无法用其他元件的任何组合来复制。这一特性在创建片上内存存储方面很受欢迎，这将通过减少对单独处理器和内存组件的需求来提高电子组件的速度。

当冰单层处于铁电状态时，对石墨烯夹层施加反向电场会产生排斥力，将薄片推开——这一效应取决于其铁电偶极子的记忆，它会产生一个存在于四种状态的双极开关。研究小组认为，这种独特的行为可以为高密度存储设备提供一种新方法。