二维范德华铁电材料的蓬勃发展为二维材料研究带来了新的调控自由度，使得各种新型器件范式得以不断涌现。然而，铁电材料在实际器件集成中普遍会出现剩余极化在重复“读”/“写”循环中不断降低的现象，这就是所谓的铁电疲劳效应。在传统氧化物铁电材料中，大量研究工作致力于理解铁电疲劳的微观机制，并基于此找到了针对性的解决方案，例如采用铋基层状铁电材料或使用氧化物电极抑制氧空位的聚集等。然而，对于范德华层状铁电材料的铁电疲劳行为迄今为止还未有报道。
针对此问题，游陆-方亮课题组开展了对于经典的范德华层状铁电材料CuInP2S6极化疲劳特性的系统研究，首次观察到了CuInP2S6中不寻常的疲劳特征，包括显著的器件形态变化以及异常的极化增强现象。由于CuInP2S6晶体中的Cu离子位移具有铁电极化和离子电导的双重性，短程极化翻转和长程离子运动在其范德华层状结构中强烈耦合，由此导致了在重复电场循环下独特的器件形态和极化的反常演变。通过关联性的化学、结构、晶格振动和介电显微分析，我们揭示了离子迁移和表面氧化协同作用对异常极化增强和最终铁电性失效起到的关键作用。这项工作为具有离子活性的范德华铁电材料中的极化疲劳特性提供了一般性见解，并为实现无疲劳电容器提供了潜在的解决方案。
相关工作以“Unconventional polarization fatigue in van der Waals layered ferroelectric ionic conductor CuInP2S6”为题发表在Nature Communications上。物理学院硕士研究生周子文和博士生王顺为文章的共同第一作者，翁雨燕老师、方亮教授和游陆教授为论文的共同通讯作者。物理学院郑分刚教授、汤如俊教授、苏晓东教授，苏州纳米所康黎星研究员和日本东京工业大学Funakubo课题组也参与了工作。
以上工作获得了国家自然科学基金委面上项目、江苏省高等学校自然www.优德88.cpm 重大项目和苏州科技局项目的支持。
