Un gruppo di ricerca composto dal Dr. Takayoshi Sasaki, collega NIMS, Dott. Tatsuo Shibata, ricercatore post-dottorato, e altri collaboratori del Centro internazionale per la nanoarchitettura dei materiali dell'Istituto nazionale per la scienza dei materiali hanno sviluppato con successo una nuova tecnologia per consentire la crescita orientata di film sottili di ossido di perovskite di alta qualità, che sono importanti materiali funzionali, nell'orientamento preferito selezionato su qualsiasi tipo di substrato come un substrato di vetro.

Molti dei dispositivi elettronici e optoelettronici avanzati intorno a noi hanno incorporato componenti che utilizzano film sottili cristallini realizzati con vari materiali funzionali che svolgono un ruolo importante nei dispositivi che svolgono le loro funzioni. ossidi di perovskite, come esemplificato dal titanato di bario, rappresentano una tale classe di materiali funzionali che fornisce caratteristiche utili, come ferroelettricità e piezoelettricità, e sono ampiamente applicati ai MEMS, sensori e memoria. Queste caratteristiche dipendono fortemente da fattori quali l'orientamento dei cristalli, cristallinità e grado di orientamento. Perciò, il controllo della crescita dei film sottili pone una sfida decisiva. Una scelta comune per coltivare qualità, I film sottili cristallini ben orientati sono una crescita epitassiale che utilizza substrati a cristallo singolo con una struttura cristallina simile a quella del cristallo bersaglio. Però, i limiti di costo e dimensioni elevati associati al metodo impediscono un'applicazione più ampia. Lo sviluppo di una tecnologia che consentirà una crescita di cristalli di alta qualità ben orientata su un substrato economico e convenzionale, come vetro e plastica, è stato atteso con impazienza.

Il gruppo di ricerca si è avvalso di una libreria di nanosheet inorganici, che sono sostanze simili al grafene ottenute esfoliando un composto stratificato in singoli strati. Dalla biblioteca, il gruppo ha selezionato tre tipi di nanofogli di ossido compatibili con la struttura dell'orientamento desiderato, e li ha assemblati sulla superficie di un vetro o altro substrato utilizzando un processo di soluzione, eliminando per quanto possibile sovrapposizioni e spazi vuoti, per formare un sottostrato ultrasottile (strato di semi) con uno spessore di circa 1 nanometro. Un sottile strato cristallino di ossido di tipo perovskite è stato depositato sul sottostrato mediante un processo in fase vapore. Di conseguenza, il gruppo è riuscito a far crescere film sottili controllando il loro orientamento verso il (100), (110) e (111) orientamenti, quali sono i principali orientamenti utilizzati per i cristalli di perovskite, per abbinare strutturalmente il reticolo bidimensionale dei rispettivi nanosheet. Questa tecnica ha mostrato chiaramente un ulteriore vantaggio di consentire la crescita dei cristalli con un grado di libertà più elevato rispetto alle tecniche convenzionali, perché a differenza di una normale superficie di substrato monocristallino, i nanosheet non hanno legami penzolanti. I film sottili ottenuti hanno mostrato due o più prestazioni dielettriche rispetto ai film sottili non orientati, dimostrando l'efficacia di questa tecnica sotto l'aspetto del potenziamento funzionale.

Questo risultato della ricerca ha permesso di coltivare film sottili di ossido di perovskite, che sono importanti materiali funzionali, controllando i loro orientamenti, rivestendo la superficie del substrato con un nanofoglio, che può essere considerata come una "carta da parati con motivi con uno spessore di livello nano". Poiché questa nuova tecnica è conveniente e altamente universale in quanto consente l'uso di substrati convenzionali come vetro e plastica che non potevano essere utilizzati prima e che il nanofoglio può essere rivestito sulla superficie del substrato mediante un processo di soluzione a temperatura ambiente, potrebbe avere effetti a catena sostanziali e portare innovazione tecnologica nelle applicazioni ai MEMS e ai sensori.

Questa ricerca è stata condotta nell'ambito del progetto di ricerca " Sviluppo dei nanomateriali/processi di produzione per l'elettronica di nuova generazione che utilizzano nanofogli inorganici" (capoprogetto:Takayoshi Sasaki) nella "istituzione di una tecnologia di produzione innovativa basata su Nanotecnologia " Area di ricerca del nucleo di ricerca di Evolutional Scienza &Technology (CREST) ​​del Japan Science and Technology Agency (JST). Questo risultato sarà presto pubblicato in Journal of Materials Chemistry C (la Società Reale di Chimica).