I dispositivi elettronici sono diminuiti costantemente di dimensioni e aumentati in velocità ed efficienza, dai personal computer miniaturizzati ai cellulari tascabili. I ricercatori del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali della Texas A&M University hanno scoperto una classe di materiali bidimensionali (2-D) per aiutare a ridurre ulteriormente le dimensioni e migliorare le prestazioni di vari dispositivi.

Dott. Xiaofeng Qian, un assistente professore, e Hua Wang, uno studente laureato nel dipartimento, sono stati presentati in un recente numero di 2-D Materials per il loro lavoro sui materiali multiferroici 2-D.

"La maggior parte dei materiali 2-D studiati finora hanno mostrato una caratteristica ferroica, " ha detto Qian. "Quando abbiamo esaminato gli strati di monocalcogenuri del gruppo IV, abbiamo scoperto che questi materiali 2-D hanno due caratteristiche ferroiche contemporaneamente."

Il loro articolo "Two-Dimensional Multiferroics in Monolayer Group IV Monochalcogendes" dimostra una classe speciale di semiconduttori bidimensionali. Questi materiali sono speciali per la loro capacità di esibire una grande deformazione reticolare spontanea chiamata ferroelasticità, e una gigantesca polarizzazione elettrica commutabile chiamata ferroelettricità. Queste proprietà che appaiono contemporaneamente nei monocalcogenuri del gruppo monostrato IV portano alla multiferroicità ferroelastico-ferroelettrica 2-D.

"I materiali 2-D con più di una caratteristica ferroica possono essere molto utili per dispositivi multifunzionali miniaturizzati come sensori e attuatori, " disse Qian. "Tuttavia, sono molto scarsi in natura."

Questa classe unica di materiali multiferroici 2-D potrebbe essere utile per la memoria ferroelettrica 2-D e la memoria ferroelastica sottili quanto un nanometro. Nei dispositivi tascabili, questo nuovo materiale potrebbe aiutare a ridurre le dimensioni del dispositivo diminuendo le dimensioni dei sensori e dei materiali all'interno del dispositivo. Possono anche essere utili per esplorare il fotovoltaico eccitonico ferroelettrico che sfrutta sia la grande ferroelettricità che lo straordinario assorbimento ottico eccitonico.

"Inoltre, questi materiali 2-D con più ordini ferroici forniscono una piattaforma ideale per dimostrare la memoria fotonica non volatile 2-D con un consumo energetico molto più basso e ad una velocità maggiore, " ha detto Qian.

Attualmente, il gruppo sta lavorando per comprendere meglio i meccanismi microscopici del movimento della parete del dominio e scoprire altri nuovi materiali multiferroici 2-D.

"Il nostro obiettivo finale in questo progetto è progettare la multiferroicità in materiali 2-D, " ha detto Qian. "Vogliamo anche essere in grado di mettere a punto e controllare la loro multiferroicità per una varietà di elettronica, applicazioni ottiche ed energetiche."

I risultati del lavoro del duo forniranno nuove opportunità per la ricerca sui materiali multifunzionali 2-D verso applicazioni miniaturizzate ad alta efficienza energetica.

"Molte proprietà interessanti e potenziali applicazioni sono state scoperte nei materiali 2-D e nelle loro strutture ibride. Ci sono molte nuove proprietà affascinanti che aspettano di essere scoperte, " ha detto Qian. "È così fortunato ed emozionante lavorare in questo campo e comprenderne i fondamenti e le implicazioni per i dispositivi futuri e le tecnologie energetiche".