11月13日，上海交大机械与动力工程学院钱小石教授团队、生物医学工程学院钱大宏教授团队与法国斯特拉斯堡大学纳米化学实验室等研究团队合作，在国际期刊Advanced Materials上发表综述论文“Ferroelectric Hybrids Harnessing Multifunctionality of 2D Semiconductors in the Post-Moore Era”，对铁电材料、二维半导体及功能分子在后摩尔时代电子器件中的融合发展进行了系统性总结与前瞻性展望。这是该领域首篇系统探讨“铁电—二维—分子”三元杂化体系在逻辑、存储及类脑计算等多功能电子学中协同机理与应用前景的综述性成果。博士后邱海欣为论文第一作者，钱小石教授和法国斯特拉斯堡大学Paolo Samorì教授为共同通讯作者。
由铁电材料、二维半导体和功能分子开关构成的混合平台有望满足后摩尔时代对高集成密度与多功能性能同时兼具的需求。
随着传统硅基器件的微缩逼近物理极限，信息技术正面临“摩尔定律终结”的时代挑战。铁电材料由于其可逆极化、电学非易失性与强场响应等特性，为能效提升与架构革新提供了重要突破口。二维半导体则以原子级厚度、可调带隙与无悬挂键界面特性，为异质集成与超薄电子器件奠定基础。同时，功能分子凭借其可设计的化学结构和可逆刺激响应特性，为材料体系引入了全新的可编程维度。综述指出，铁电材料、二维半导体与功能分子结合，可构建具备电、光、热等多物理场协同调控能力的杂化体系，实现跨越传统逻辑与存储边界的多功能耦合器件，为低功耗、高密度、可重构电子学开辟新思路。
面向下一代数字电子的代表性二维铁电晶体管：器件架构、功能特性与运行机制
论文系统总结了铁电/二维异质结在非易失存储、逻辑运算、神经形态计算及光电耦合等方向的应用进展，并进一步从材料维度和系统集成层面进行了全面分析与展望。在材料层面，综述介绍了铁电无机薄膜、聚合物铁电体、二维铁电体及分子铁电等多类体系的极化机制、尺寸效应与结构调控策略，阐明了其在高密度集成和多功能响应中的关键作用。该论文指出分子层的引入可以通过偶极—偶极相互作用或电荷转移效应实现局域电势调制，还能赋予体系光、电、热等外场响应的多维可编程特性，从而实现动态可重构的电子行为。分子功能化策略将成为实现多态信息存储、光电可编程逻辑与仿生突触器件的关键途径，为构建可自主调节与学习的电子系统提供支撑。论文提出，基于这些高密度、多功能材料的三维异质集成架构，可通过垂直堆叠与低温加工技术，实现逻辑—存储—感知模块的无缝集成，为超高密度、低功耗电子系统提供有效路径。未来铁电—二维—分子复合体系可在CMOS后端兼容条件下实现垂直异质互联，从而突破平面微缩的限制，形成具备时空可重构性与多模态交互能力的新型芯片架构。
论文进一步展望了铁电—二维—分子杂化体系在智能感知、可穿戴电子、量子功能器件等领域的应用前景，并提出“从极化控制到功能重构”的发展路径。随着铁电调控机制与二维界面工程的不断完善，相关体系有望在低能耗神经网络计算、柔性人工皮肤、量子逻辑门及光电自学习系统等方面展现独特优势。未来，铁电、二维材料与功能分子的深度融合将推动电子学从静态开关逻辑向动态可重构与智能感知范式的转变，成为实现后摩尔时代信息体系革新的重要推动力，多学科交叉也将成为驱动材料创新与器件集成的核心力量。
本研究得到国家自然科学基金委卓越创新群体项目、科技活动专项项目、国家重点研发计划等项目的资助。
论文链接：http://doi.org/10.1002/adma.202517269
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