Un nuovo studio guidato da RMIT mette insieme due diversi tipi di materiali 2D per creare un materiale ibrido che fornisce proprietà migliorate.

Questo materiale ibrido possiede proprietà preziose per l'uso nella memoria futura e in dispositivi elettronici come TV, computer e telefoni. Più significativamente, le proprietà elettroniche della nuova struttura impilata possono essere controllate senza la necessità di sollecitazioni esterne, aprendo la strada all'uso nei futuri transistor a bassa energia.

Il risultato è un nuovo potenziale materiale per nanodispositivi multiferroici, come transistor ad effetto di campo e dispositivi di memoria, che potrebbero funzionare utilizzando molta meno energia rispetto all'attuale elettronica a base di silicio, oltre a rendere più piccoli i componenti elettronici.

Mattoni atomicamente sottili

L'opera utilizza una struttura composta da due materiali atomicamente sottili:una pellicola di materiale ferroelettrico e un'altra pellicola di materiale magnetico. (Una tale struttura di due o più materiali diversi viene definita "eterostruttura.")

Impilando insieme i due materiali 2D, i ricercatori creano un materiale "multiferroico" che combina le proprietà uniche dei materiali ferroelettrici e ferromagnetici componenti.

• I materiali ferromagnetici (o magnetici) sono familiari, in quanto materiali con un magnetismo permanente e intrinseco, come il ferro. Nei materiali ferromagnetici, lo spin degli elettroni può essere allineato per formare un forte campo magnetico (questo è ciò che significa che possono essere "magnetizzati").
• I materiali ferroelettrici possono essere considerati l'analogia elettrica dei materiali ferromagnetici, con la loro polarizzazione elettrica permanente che ricorda i poli nord e sud di un magnete.
• I materiali multiferroici sono semplicemente quelli che presentano più di una proprietà ferroica (in questo caso, ferromagnetismo e ferroelettricità).

In particolare, i ricercatori hanno scoperto di poter utilizzare le proprietà ferroelettriche intrinseche per regolare l'altezza della barriera Schottky dell'In₂ Se₃ / Fe₃ GeTe₂ eterostruttura piuttosto che utilizzare la deformazione applicata, richiesta da altri sistemi. (La barriera Schottky è una differenza di energia creata dall'unione di un metallo con un semiconduttore.)

Essere in grado di regolare l'altezza della barriera è necessario per convertire la corrente da alternata (AC) a continua (DC) per l'uso in componenti elettronici come diodi che si trovano in TV, computer e altri dispositivi elettronici di uso quotidiano.

La risultante struttura della barriera Schottky commutabile può formare un componente essenziale in un transistor ad effetto di campo (FET) bidimensionale che può essere azionato commutando la polarizzazione ferroelettrica intrinseca, piuttosto che mediante l'applicazione di sollecitazioni esterne.

Commutazione senza sforzo esterno

Questo lavoro utilizza un'eterostruttura di due monostrati 2D:In₂ Se₃ e Fe₃ GeTe₂ (solitamente abbreviato in "FGT'), dove In₂ Se₃ è un semiconduttore ferroelettrico e FGT è un materiale magnetico/ferromagnetico.

"I nostri risultati mostrano che In₂ Se₃ /FGT fornisce proprietà paragonabili ad altre eterostrutture ma senza la necessità di sollecitazioni esterne", afferma l'autrice corrispondente, la prof.ssa Michelle Spencer. "Non solo possiamo controllare l'altezza della barriera con questa eterostruttura, ma possiamo anche passare da un tipo n a p- tipo barriera Schottky."

Tale controllabilità e sintonizzabilità dell'In₂ Se₃ L'eterostruttura /FGT può ampliare sostanzialmente il suo potenziale di dispositivo nei futuri dispositivi elettronici a bassa energia.

"Abbiamo riscontrato un cambiamento significativo nelle proprietà strutturali ed elettroniche nel passaggio tra le configurazioni di In₂ Se₃ . Tali modifiche rendono questa eterostruttura utile come dispositivo a diodi Schottky 2D commutabile", ha affermato l'autrice principale, la dott.ssa Maria Javaid.

Dalla teoria al laboratorio

La scoperta è direttamente applicabile alla missione di FLEET verso una nuova generazione di tecnologie a bassissimo consumo energetico oltre all'elettronica CMOS.

Oltre a introdurre una nuova possibile strada verso i nanodispositivi multiferroici, il lavoro motiverà gli sperimentatori in questo campo a esplorare ulteriori opportunità per l'uso di In₂ Se₃ /FGT nei futuri dispositivi elettronici a basso consumo energetico, ad esempio:

• Sintetizzare una nuova eterogiunzione multiferroica che ha la capacità di "sintonizzare" l'altezza della barriera Schottky e passare da un tipo n a un tipo p, tramite un interruttore nella polarizzazione ferroelettrica.
• Esplorazione delle eterostrutture di In₂ Se₃ con altri materiali ferromagnetici.

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