范德华二维层状材料与一般三维固体材料的不同之处在于其较弱的层间相互作用（范德华力），这种化学键的巨大差异往往会反映在其物理性质的不同上。这好比石墨之于金刚石，虽然同为碳单质的同素异形体，其力学、电学、热学等物理性质迥然各异。恰恰是利用层间的弱范德华力，Geim和Novoselov才能使用透明胶带这种低成本的手段，较为容易的从石墨中分离出单层稳定的碳原子–即石墨烯，从而开创了二维材料和相关物理研究的新领域，并因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。而较弱的层间相互作用也使得二维范德华材料在层间堆叠调控上具有得天独厚的优势，通过滑移、扭转等方式创造的五花八门的莫尔超晶格，孕育了丰富的凝聚态物理新效应。例如，我们可以在非极性二维材料中，通过调整层间堆叠方式，打破其中心反演对称性，从而诱导出自发极化，使其产生铁电性。而其面外铁电极化的翻转必须通过层间的面内相对滑移来实现。这种违反常规物理直觉的滑移/莫尔铁电现象已经成为了现今铁电物理研究的热点方向。然而在实验上，一方面，大范围的层间滑移或极化翻转，由于拓扑保护和极大的翻转势垒，往往难以实现，而且另一方面对于本征的范德华层状铁电晶体，其层间滑移如何影响其固有铁电序也未有所知。
针对此问题，游陆/方亮课题组系统研究了静水压力下范德华层状铁电晶体CuInP2S6的铁电极化和晶体结构的演变规律，首次报道了层间滑移驱动的一阶铁电结构相变。通过结构、电学、晶格振动的综合表征和第一性理论计算，清晰的阐明了压力作用下CuInP2S6晶体的结构变化过程：首先在低压区域（< 1 GPa）观察到Cu离子从范德华层内向层外跃迁的趋势，晶体极化随着增大；随后在4 GPa左右，发生了集合性的层间滑移，晶体结构从单斜对称性转变为三角对称性，同时铜离子又跃迁回层内。在此过程中，不稳定的Cu离子作为一个支点，在响应外部压力时调节层间相互作用。通过以上结果，首次构建了较为完备的CuInP2S6的温度–压力相图，揭示了这种有趣化合物的非常规铁电物理特性，并开辟了使用压力调控范德华层状晶体中长程有序的新途径。
这一研究成果以“Sliding-mediated ferroelectric phase transition in CuInP2S6under pressure”为题发表在物理学顶级期刊Applied Physics Reviews上，并被选为精选文章(Featured Articles)。www.优德88.cpm 物理学院博士生周洲、东南大学物理学院张俊杰副教授和西澳大学Gemma Turner为文章的共同第一作者，www.优德88.cpm 物理学院方亮教授、游陆教授，东南大学物理学院董帅教授和西澳大学Stephen Moggach为论文的共同通讯作者。新加坡南洋理工大学申泽骧课题组、常熟理工房勇教授和www.优德88.cpm 许彬教授也参与了工作。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等的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0177451
