Credito:Università di Manchester
Un team di ricercatori del National Graphene Institute (NGI) dell'Università di Manchester e del National Physical Laboratory (NPL) ha dimostrato che i dicalcogenuri di metalli di transizione 2D (TMD) leggermente contorti mostrano ferroelettricità a temperatura ambiente.
Questa caratteristica, combinata con le eccezionali proprietà ottiche dei TMD, può essere utilizzata per costruire dispositivi optoelettronici multifunzionali come transistor e LED con funzioni di memoria integrate su scala di lunghezza nanometrica.
I ferroelettrici sono materiali con due o più stati elettricamente polarizzabili che possono essere commutati in modo reversibile con l'applicazione di un campo elettrico esterno. Questa proprietà del materiale è ideale per applicazioni come memoria non volatile, dispositivi a microonde, sensori e transistor. Fino a poco tempo, la ferroelettricità commutabile fuori piano a temperatura ambiente era stata ottenuta solo in film più spessi di 3 nanometri.
Eterostrutture 2D
Dall'isolamento del grafene nel 2004, i ricercatori di tutto il mondo accademico hanno studiato una varietà di nuovi materiali 2D con un'ampia gamma di proprietà interessanti. Questi cristalli 2D atomicamente sottili possono essere impilati uno sopra l'altro per creare le cosiddette eterostrutture, materiali artificiali con funzioni su misura.
Più recentemente, un team di ricercatori di NGI, in collaborazione con NPL, ha dimostrato che al di sotto di un angolo di torsione di 2 o , i reticoli atomici si ricostruiscono fisicamente per formare regioni (o domini) di doppi strati perfettamente impilati separati da confini di deformazione accumulata localmente. Per due monostrati impilati parallelamente l'uno all'altro, viene creato uno schema tassellato di domini triangolari riflessi a specchio. Ancora più importante, i due domini vicini hanno una simmetria cristallina asimmetrica, causando un'asimmetria nelle loro proprietà elettroniche.
Commutazione ferroelettrica a temperatura ambiente
Nel lavoro, pubblicato su Nature Nanotechnology , il team ha dimostrato che la struttura del dominio creata con la torsione a basso angolo ospita la ferroelettricità interfacciale nei TMD a doppio strato. La microscopia a forza della sonda Kelvin ha rivelato che i domini vicini sono polarizzati in modo opposto e le misurazioni del trasporto elettrico hanno dimostrato una commutazione ferroelettrica affidabile a temperatura ambiente.
Il team ha continuato a sviluppare una tecnica di microscopio elettronico a scansione (SEM) con contrasto potenziato, utilizzando il segnale di elettroni retrodiffusi. Ciò ha reso possibile l'applicazione di un campo elettrico in situ durante l'imaging delle modifiche alla struttura del dominio in modo non invasivo, fornendo informazioni essenziali su come funziona il meccanismo di commutazione del dominio. Si è scoperto che i confini che separano i domini polarizzati opposti si espandono e si contraggono a seconda del segno del campo elettrico applicato e hanno portato a una significativa ridistribuzione degli stati polarizzati.
Questo lavoro dimostra chiaramente che il grado di libertà di rotazione può consentire la creazione di optoelettronica atomicamente sottile con proprietà personalizzate e multifunzionali.
Ampia possibilità di materiali 2D personalizzati
L'autore principale Astrid Weston afferma che "è molto eccitante poter dimostrare che questo semplice strumento di torsione può progettare nuove proprietà nei cristalli 2D. Con l'ampia varietà di cristalli 2D tra cui scegliere, ci offre una portata quasi illimitata per creare perfettamente su misura materiali artificiali."
Il coautore Dr. Eli G Castanon ha aggiunto che "essere in grado di osservare il modello e il comportamento dei domini ferroelettrici in strutture che hanno uno spessore nanometrico con KPFM e SEM è stato molto emozionante. Il progresso delle tecniche di caratterizzazione insieme alle ampie possibilità per la formazione di nuove eterostrutture di materiali 2D aprono la strada al raggiungimento di nuove capacità su scala nanometrica per molti settori". + Esplora ulteriormente
