二维层状IV-VI单硫族化合物半导体属于正交晶系，具有带隙窄、光学各向异性、面内反铁电性等物理特性，是研究凝聚态物理、研制低功耗感存算一体器件的热门材料体系。目前关于该材料反铁电性和铁电性的报道均局限于面内，不利于高密度器件集成应用。2025年2月20日，华东师范大学褚君浩院士团队在 Nature Communications 发表了突破性研究成果，首次揭示了正交晶系GeSe中由层间范德华相互作用驱动的反常面外反铁电性，并通过原位电镜观测与理论计算阐明了其电场调控机制。研究成果以“Unconventional (anti)ferroelectricity in van der Waals group-IV monochalcogenides ”为题在线发表（图1）。
图1. 《自然通讯》刊发华东师范大学褚君浩院士团队最新研究成果
该研究首次通过第一性原理计算预测面外中心对称的GeSe半导体具有本征的面外反铁电性，并利用压电力显微镜探测到其面外反铁电性到铁电性的演化；进一步的先进原子级别原位透射电镜技术揭示了该材料体系的非常规铁电源于层内原子在面外方向的非对称位移（图2）。该研究表明二维GeSe是兼具面内和面外铁电性的二维层状半导体的新成员，大大扩展了二维铁电材料体系。
图2. 范德华层状GeSe半导体的非常规（反）铁电性
华东师大物理与电子科学学院电子科学系/极化材料与器件教育部重点实验室越方禹教授、华东师大物理与电子科学学院物理系龚士静教授和华东师大公共创新服务平台电镜中心齐瑞娟高级工程师为论文共同通讯作者。博士生隋峰锐、于逸伦和陈举为论文共同第一作者。研究工作获国家自然科学基金委、华东师大极化材料与器件教育部重点实验室、华东师大公共创新服务平台电镜中心的大力支持。