La messa a punto della composizione delle leghe di nitruro può favorire lo sviluppo di dispositivi di interfaccia ottici ed elettronici.

Il controllo delle proprietà elettroniche all'interfaccia tra i materiali potrebbe aiutare nella ricerca di miglioramenti nella memoria del computer. I ricercatori della KAUST mostrano che la variazione della composizione atomica delle leghe a base di nitruro di boro consente la messa a punto di un'importante proprietà elettronica nota come polarizzazione.

Quando un campo elettrico viene applicato a un singolo atomo, sposta il centro di massa della nuvola di elettroni caricati negativamente lontano dal nucleo caricato positivamente che circonda. In un solido cristallino, questi cosiddetti dipoli elettrici di tutti gli atomi si combinano per creare polarizzazione elettrica.

Alcuni materiali mostrano una polarizzazione spontanea, anche senza campo elettrico esterno. Tali materiali hanno potenziali usi nella memoria del computer, però, questa applicazione richiede un sistema materiale in cui la polarizzazione è controllabile. Lo studente in visita Kaikai Liu, il suo supervisore Xiaohang Li e collaboratori hanno studiato un approccio all'ingegneria della polarizzazione all'interfaccia tra le leghe a base di nitruro di boro.

La polarizzazione spontanea è fortemente dipendente dalla struttura e dalla composizione del cristallo atomico. Alcuni materiali, noto come piezoelettrico, può cambiare la polarizzazione quando deformato fisicamente.

Il team KAUST ha utilizzato un software chiamato Vienna ab initio Simulation Package per studiare le proprietà elettroniche delle leghe ternarie nitruro di boro alluminio e nitruro di boro gallio. Hanno osservato come cambiano quando il boro sostituisce gli atomi di alluminio e gallio, rispettivamente. "Abbiamo calcolato la polarizzazione spontanea e le costanti piezoelettriche delle leghe di nitruro di boro all'interno di un quadro teorico appena proposto e l'impatto della polarizzazione alle giunzioni di questi due materiali, "dice Liù.

Il team ha mostrato che la polarizzazione spontanea cambia in modo molto non lineare con l'aumento del contenuto di boro; questo contraddice studi precedenti che ipotizzano una relazione lineare.

La ragione di questa non linearità è attribuita alla deformazione del volume dell'insolita struttura atomica della lega, noto come wurtzite. Il cambiamento non lineare della polarizzazione piezoelettrica è meno pronunciato, ma evidente. Ciò deriva dalla grande differenza nella spaziatura atomica tra il nitruro di boro e sia il nitruro di alluminio che il nitruro di gallio. Per di più, nitruro di boro alluminio o nitruro di boro gallio può diventare non piezoelettrico quando il contenuto di boro è superiore all'87 percento e al 74 percento, rispettivamente.

Questo lavoro mostra che un'ampia gamma di costanti di polarizzazione spontanee e piezoelettriche potrebbe essere resa disponibile semplicemente modificando il contenuto di boro. Ciò potrebbe essere utile per lo sviluppo di dispositivi di giunzione ottici ed elettronici formati all'interfaccia tra semiconduttori di nitruro convenzionali e nitruro di boro alluminio o nitruro di boro gallio.

"Il nostro prossimo passo sarà quello di testare sperimentalmente le giunzioni proposte, che la nostra teoria prevede potrebbe avere prestazioni del dispositivo molto migliori rispetto agli approcci attuali, "dice Liù.