I fisici e i colleghi del MIT hanno progettato una nuova proprietà in una nota famiglia di semiconduttori manipolando fogli ultrasottili di materiali spessi solo pochi strati atomici.

Il lavoro è importante perché i nuovi materiali stessi potrebbero avere applicazioni interessanti nell'informatica e altro ancora. Inoltre, l'approccio generale è generico e può essere applicato ad altri materiali preesistenti, ampliandone anche le potenziali applicazioni.

I semiconduttori sono materiali come il silicio con conduttività tra i metalli, che consentono agli elettroni di muoversi in modo molto efficiente, e gli isolanti (come il vetro) che ostacolano il processo. Sono la pietra angolare dell'industria informatica.

I materiali semiconduttori coinvolti nel lavoro in corso sono noti come dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD). Il team del MIT ha mostrato che quando due fogli singoli di un TMD, ciascuno spesso solo pochi strati atomici, sono impilati parallelamente l'uno all'altro, il materiale diventa ferroelettrico. In un materiale ferroelettrico, le cariche positive e negative si dirigono spontaneamente su lati o poli diversi. All'applicazione di un campo elettrico esterno, quelle cariche cambiano lato, invertendo la polarizzazione. Nei nuovi materiali, tutto questo avviene a temperatura ambiente.

I TMD sono già noti per le loro interessanti proprietà elettriche e ottiche. I ricercatori ritengono che l'interazione tra queste proprietà e la nuova ferroelettricità conferita potrebbe portare a una varietà di applicazioni interessanti.

"In breve tempo, siamo riusciti ad ampliare notevolmente la piccola, ma in crescita, famiglia di materiali ferroelettrici bidimensionali, un tipo chiave di materiale alla frontiera nelle applicazioni nella nanoelettronica e nell'intelligenza artificiale", afferma Pablo Jarillo-Herrero, il Cecil e Ida Green Professore di Fisica e leader del lavoro, che è stato riportato in Nature Nanotechnology . Jarillo-Herrero è anche affiliato al Materials Research Laboratory del MIT.

Oltre a Jarillo-Herrero, gli autori dell'articolo sono Xirui Wang, uno studente laureato in fisica del MIT; Kenji Yasuda e Yang Zhang, associati post-dottorato del MIT; Song Liu della Columbia University; Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi del National Institute for Materials Science, in Giappone; James Hone della Columbia University e Liang Fu, professore associato di fisica al MIT.

Ferroelettrico ultrasottile

L'anno scorso Jarillo-Herrero e molti degli stessi colleghi hanno dimostrato che quando due fogli di nitruro di boro atomicamente sottili sono impilati parallelamente l'uno all'altro, il nitruro di boro diventa ferroelettrico. Nel lavoro in corso, i ricercatori hanno applicato la stessa tecnica ai TMD.

I ferroelettrici ultrasottili come quelli creati con nitruro di boro e TMD potrebbero avere applicazioni importanti, inclusa una memoria di computer molto più densa. Ma sono rari. Con l'aggiunta dei quattro nuovi ferroelettrici TMD riportati in Nature Nanotechnology , tutti parte della stessa famiglia di semiconduttori, "abbiamo quasi raddoppiato il numero di ferroelettrici ultrasottili a temperatura ambiente", afferma Xirui Wang. Inoltre, ha osservato, la maggior parte dei materiali ferroelettrici sono isolanti. "È raro avere un ferroelettrico che sia un semiconduttore."

Cosa c'è dopo?

"Questo non si limita al nitruro di boro e ai TMD", afferma Kenji Yasuda. "Speriamo che la nostra tecnica possa essere utilizzata per aggiungere ferroelettricità ad altri materiali preesistenti. Ad esempio, potremmo aggiungere ferroelettricità ai materiali magnetici?"

Questo lavoro è stato finanziato dal Dipartimento della scienza dell'energia degli Stati Uniti, dall'Ufficio per la ricerca dell'esercito, dalla Fondazione Gordon e Betty Moore, dalla Fondazione nazionale per la scienza degli Stati Uniti, dal Ministero dell'istruzione, della cultura, dello sport, della scienza e della tecnologia (MEXT) del Giappone, e la Società giapponese per la promozione della scienza. + Esplora ulteriormente

I fisici progettano una nuova proprietà con il grafene "bianco"