该文章是一篇发表在《Nature Communications》上的研究论文，题为“atomic-level direct imaging for cu(i) multiple occupations and migration in 2d ferroelectric cuinp2s6”，主要作者为Changjin Guo、Jiajun Zhu、Xiali Liang、Caifu Wen、Jiyang Xie、Chengding Gu和Wanbiao Hu，研究机构为中国云南大学。本研究在2024年11月发表，旨在通过改进的扫描透射电子显微镜（AC-STEM），在原子水平上直接描绘Cu(I)在CuInP2S6 (CIPS)材料中的多重占据与迁移行为。

背景介绍

CIPS是一种新兴的二维铁电材料，其独特的性质源于Cu(I)离子占据位置的转换导致的空间反转对称性破坏。在Cu(I)离子占据的有序性及动态行为下，该材料表现出优异的铁电性能。然而，由于Cu(I)占据及迁移行为在外部能量（如电场、应力等）的作用下的复杂性，这些机制长期以来仍存在争议。因此，对Cu(I)在CIPS中的动态及多重占据进行精准观测成为理解其铁电特性的重要科学探讨。

研究方法

研究通过对CIPS的(100)面使用AC-STEM进行原子级观察，探究Cu(I)离子在电场及电子束照射下的动态表现。样本通过聚焦离子束技术制成，与标准晶体结构比较，识别Cu(I)在晶格、空位、间隙和层间等位置的占据及迁移路径。研究细致考察了样本中各元素的分布与能量变化关系，特别是在不同光束强度下，观察Cu(I)离子的迁移及其诱导的局部结构变动。

研究结果

研究发现，当受到电子束照射时，Cu(I)离子可迁移至CIPS的INS6八面体结构的不同位置，包括晶格、空位、间隙和层间。Cu(I)的多重占据使得晶格产生拉应力，引起B轴方向的层滑移，其滑移距离约为1/6的晶格常数。研究进一步揭示了Cu(I)在这些位置形成局部Cu_xInP2S6(X=2-4)结构，由于外部能量的注入，这些局部结构虽不稳定，但具有动态性。

结论与意义

该研究在原子级别上揭示了Cu(I)在CIPS中的多重占据与迁移能力，深化了对CIPS中铁电特性起源的理解。这些发现不仅为CIPS的铁电机制提供了新的视角，也为基于CIPS的器件设计和性能提升提供了重要指导。研究指出，Cu(I)的多重占据及其迁移造成的结构变化，对理解二维材料在实际应用中的行为及发展新型电子器件具有重要意义。

研究亮点

1. 多重占据机制：首次通过AC-STEM在原子级别确认Cu(I)在CIPS中的多位置占据。
2. 动态结构探讨：揭示了Cu(I)离子在能量输入下引起的局部Cu_xInP2S6结构的动态变化。
3. 新型制备与观察方法：利用先进的显微技术，结合DFT计算，科学解读CIPS中的微观机制。

本研究为探索CIPS等二维材料的铁电特性提供了重要而基础的见解，可能对未来二维材料在电子器件中的应用发展产生深远影响。