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2023年8月29日，Phys. Rev. Lett.在线发表了华中科技大学吴梦昊教授课题组的研究论文，题目为《Atypical Sliding and Moiré Ferroelectricity in Pure Multilayer Graphene》。
可转换电极化的铁电晶体被认为具有一定对称性破缺的晶格。这种所需的对称性破缺在具有高度对称性蜂窝状晶格的石墨烯、BN和MoS2等普遍的二维材料中是不存在的，因此这些材料是非铁电的。大多数非铁电二维材料可以通过非等价的均匀双层堆垛赋予所谓的滑移铁电性，这不适用于在任何滑移矢量上具有反演对称性的单元素体系，如纯石墨烯双层。在此研究中，作者展示了第一性原理的证据，证明N＞3的多层石墨烯都可以是铁电的，其中极性态的极化源于跨层而不是相邻层堆垛构型中的对称性破缺，这是通过层间滑移进行电转换的。非极性态也可以通过滑移被电驱动到极性态，并且具有不同极化的更多样的态将出现在更多的层中。与之前报道的转角双层中具有相反极化方向的铁电莫尔畴相比，一些多层石墨烯体系（例如，转角单层-三层石墨烯）中的莫尔畴具有非零的净极化，其相同方向的畴被非极性区域分隔，可以在层间滑移时电反转。两种极性态的不同莫尔条纹应该有助于在转换过程中对这种滑移莫尔铁电性进行电检测。
图1 (a) 双层、(b) 三层和 (c) 四层石墨烯的各种堆垛构型
图2 (a) 极性态ABAC、CABA和CBAB之间的转换；(b) NEB方法计算的相应转换路径；(c) 极性态的差分电荷密度分布和Hirshfeld电荷分析
图3 (a) 五层石墨烯的各种堆垛构型；(b) 六层石墨烯不同堆垛构型的垂直极化和相对能量图
图4 (a) 2+2和 (b) 1+3转角四层石墨烯的不同堆垛畴；(c) 1+3转角四层石墨烯的双极态和铁电转换途径
图5 (a) 未转角、(b) 1+ABA和 (c) 1+ABC转角四层石墨烯的能带结构
论文链接：
Yang, L., Ding, S., Gao, J. et al. Atypical Sliding and Moiré Ferroelectricity in Pure Multilayer Graphene. Phys. Rev. Lett., 2023, 131, 096801. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.096801
其他相关文献：
[1] Li, L. & Wu, M. Binary compound bilayer and multilayer with vertical polarizations: two-dimensional ferroelectrics, multiferroics, and nanogenerators. ACS Nano, 2017, 11, 6382–6388. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b02756
[2] Wu, M. Two-dimensional van der Waals ferroelectrics: scientific and technological opportunities. ACS Nano, 2021, 15, 9229–9237. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c08483
(纯计算)华中科技大学吴梦昊团队Adv. Funct. Mater.: 二维异质层中的跨层滑移铁电性
(纯计算)东北大学张宪民团队Nano Lett.: 双层堆垛磁半导体中铁电和铁谷极化的共存
(纯计算)南方科技大学黄丽团队Phys. Rev. B: 双层蜂窝状结构中的滑移铁电性
(纯计算)日本东北大学Phys. Rev. Lett.: 铁电范德华双层中的滑移相变
(纯计算)复旦大学向红军/徐长松团队Phys. Rev. Lett.: 双层堆叠铁电的通用性理论
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