▲臺灣在二維鐵電材料的傑出新生代領航員，從左到右為成大翁聖翔博士、林臻佑博士生、何勝竹博士，此研究由3位年輕科研人才主導並完成關鍵突破。(國／國輻中心提供)
【勁報記者羅蔚舟/竹科報導】
在國家科學及技術委員會與教育部的長期支持下，由財團法人國家同步輻射研究中心(國輻中心)、國立成功大學與淡江大學所組成的研究團隊，於4月16日在國際頂尖期刊《先進材料》（Advanced
Materials）發表重要研究成果。該團隊首度在石墨烯上成功堆疊出「具有鐵電性的超薄六方氮化硼（h-BN）薄膜」，並證實其能穩定地切換電極極性，將為超小型、高效率電子元件的發展開啟全新可能，也為台灣在全球高度競爭的二維材料領域寫下嶄新的里程碑。
▲國輻中心空照圖(上方小環為台灣光源、下方大環為台灣光子源)。(國／國輻中心提供)
所謂「鐵電性」，就像材料內部具有一個可自由切換的電極性開關，能精確控制電流流向，尤其適合用於記憶體、感測器及低功耗運算裝置。然而，傳統的鐵電材料通常具有較大的厚度，難以進一步微型化。此次研究團隊突破性地將鐵電性實現於僅原子層級厚度的二維材料h-BN（又稱「白色石墨」），這種材料具備與石墨烯相似的超薄結構和高穩定性，卻因其天然對稱的晶體結構而難以自發產生鐵電性。
成大吳忠霖教授團隊透過多年努力，採用「電漿輔助分子束磊晶技術（MBE）」，在碳化矽晶片上先成長高品質單晶石墨烯，再於其上逐層精準堆疊h-BN，並藉由在介面自然形成的摩爾紋（Moiré Pattern），誘導出具非對稱且可透過電場切換堆疊的極化結構。這項技術不僅突破了長久以來的技術瓶頸，更實現了晶圓級尺寸的擴充性與高度的穩定性。
國輻中心鄭澄懋研究員表示，團隊運用國輻中心的台灣光源（Taiwan Light Source, TLS）進行角解析光電子能譜（ARPES）量測，清楚觀測到不同層數h-BN與石墨烯異質結構中的能帶變化，而淡江大學薛宏中教授團隊的理論計算則進一步驗證了非對稱鐵電堆疊結構的存在與特徵。成大陳宜君教授更進一步證實，此次開發出的超薄h-BN薄膜不僅能穩定控制極性，在極簡的元件架構下，亦能展現清晰的鐵電記憶特性，可望應用於超高速、低功耗的複雜矩陣—向量運算，成為次世代記憶體及AI晶片的重要基礎。此外，由於h-BN與石墨烯、二硫化鉬（MoS₂）等其他二維材料具高度結構相容性，未來可透過堆疊式異質結構晶片的設計，推動台灣半導體及光電產業的重大技術革新。
值得特別一提的係，該論文第一作者翁聖翔博士自博士班期間即獲得國輻中心的博士生獎學金支持，全心投入尖端材料研究，充分運用國輻中心豐富的光源設施與先進技術平台。此次研究成果即是他多年耕耘與團隊跨領域合作的集大成之作，彰顯台灣年輕物理研究人才於國際科研舞台的亮眼表現。
