11月13日，上海交大機械與動力工程學院錢小石教授團隊、生物醫(yī)學工程學院錢大宏教授團隊與法國斯特拉斯堡大學納米化學實驗室等研究團隊合作，在國際期刊Advanced Materials上發(fā)表綜述論文“Ferroelectric Hybrids Harnessing Multifunctionality of 2D Semiconductors in the Post-Moore Era”，對鐵電材料、二維半導體及功能分子在后摩爾時代電子器件中的融合發(fā)展進行了系統(tǒng)性總結與前瞻性展望。這是該領域首篇系統(tǒng)探討“鐵電—二維—分子”三元雜化體系在邏輯、存儲及類腦計算等多功能電子學中協(xié)同機理與應用前景的綜述性成果。博士后邱海欣為論文第一作者，錢小石教授和法國斯特拉斯堡大學Paolo Samorì教授為共同通訊作者。
由鐵電材料、二維半導體和功能分子開關構成的混合平臺有望滿足后摩爾時代對高集成密度與多功能性能同時兼具的需求。
隨著傳統(tǒng)硅基器件的微縮逼近物理極限，信息技術正面臨“摩爾定律終結”的時代挑戰(zhàn)。鐵電材料由于其可逆極化、電學非易失性與強場響應等特性，為能效提升與架構革新提供了重要突破口。二維半導體則以原子級厚度、可調帶隙與無懸掛鍵界面特性，為異質集成與超薄電子器件奠定基礎。同時，功能分子憑借其可設計的化學結構和可逆刺激響應特性，為材料體系引入了全新的可編程維度。綜述指出，鐵電材料、二維半導體與功能分子結合，可構建具備電、光、熱等多物理場協(xié)同調控能力的雜化體系，實現跨越傳統(tǒng)邏輯與存儲邊界的多功能耦合器件，為低功耗、高密度、可重構電子學開辟新思路。
面向下一代數字電子的代表性二維鐵電晶體管：器件架構、功能特性與運行機制
論文系統(tǒng)總結了鐵電/二維異質結在非易失存儲、邏輯運算、神經形態(tài)計算及光電耦合等方向的應用進展，并進一步從材料維度和系統(tǒng)集成層面進行了全面分析與展望。在材料層面，綜述介紹了鐵電無機薄膜、聚合物鐵電體、二維鐵電體及分子鐵電等多類體系的極化機制、尺寸效應與結構調控策略，闡明了其在高密度集成和多功能響應中的關鍵作用。該論文指出分子層的引入可以通過偶極—偶極相互作用或電荷轉移效應實現局域電勢調制，還能賦予體系光、電、熱等外場響應的多維可編程特性，從而實現動態(tài)可重構的電子行為。分子功能化策略將成為實現多態(tài)信息存儲、光電可編程邏輯與仿生突觸器件的關鍵途徑，為構建可自主調節(jié)與學習的電子系統(tǒng)提供支撐。論文提出，基于這些高密度、多功能材料的三維異質集成架構，可通過垂直堆疊與低溫加工技術，實現邏輯—存儲—感知模塊的無縫集成，為超高密度、低功耗電子系統(tǒng)提供有效路徑。未來鐵電—二維—分子復合體系可在CMOS后端兼容條件下實現垂直異質互聯，從而突破平面微縮的限制，形成具備時空可重構性與多模態(tài)交互能力的新型芯片架構。
論文進一步展望了鐵電—二維—分子雜化體系在智能感知、可穿戴電子、量子功能器件等領域的應用前景，并提出“從極化控制到功能重構”的發(fā)展路徑。隨著鐵電調控機制與二維界面工程的不斷完善，相關體系有望在低能耗神經網絡計算、柔性人工皮膚、量子邏輯門及光電自學習系統(tǒng)等方面展現獨特優(yōu)勢。未來，鐵電、二維材料與功能分子的深度融合將推動電子學從靜態(tài)開關邏輯向動態(tài)可重構與智能感知范式的轉變，成為實現后摩爾時代信息體系革新的重要推動力，多學科交叉也將成為驅動材料創(chuàng)新與器件集成的核心力量。
本研究得到國家自然科學基金委卓越創(chuàng)新群體項目、科技活動專項項目、國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。
論文鏈接：http://doi.org/10.1002/adma.202517269
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