Le proprietà che rendono materiali come i semiconduttori così ricercati derivano dal modo in cui i loro atomi sono collegati e la comprensione di queste configurazioni atomiche può aiutare gli scienziati a progettare nuovi materiali o a utilizzare materiali esistenti in modi nuovi e imprevisti.

Lo scienziato dei materiali della Rice University, Yimo Han, e i suoi collaboratori hanno ora mappato le caratteristiche strutturali di un materiale ferroelettrico 2D fatto di atomi di stagno e selenio, mostrando come i domini – aree del materiale in cui le molecole sono orientate in modo identico – influiscono sul comportamento del materiale. /P>

"I materiali ferroelettrici sono ampiamente utilizzati in applicazioni come memorie e sensori, e saranno probabilmente sempre più utili per costruire la nanoelettronica di prossima generazione e l'in-memory computing", ha affermato Chuqiao Shi, uno studente laureato della Rice nel laboratorio Han e autore principale di lo studio pubblicato su Nature Communications. "Questo perché i materiali ferroelettrici 2D hanno proprietà notevoli e sono caratterizzati dalla loro sottigliezza atomica e da capacità di integrazione migliorate."

Nei materiali ferroelettrici, le molecole sono polarizzate e si segregano e si allineano anche in base alla polarizzazione. Inoltre, i ferroelettrici 2D cambiano forma in risposta a stimoli elettrici, un fenomeno noto come flessoelettricità inversa. Nel cristallo di stagno-selenio che è al centro di questa ricerca, le molecole si auto-organizzano in macchie o domini e l'effetto flessoelettrico ne provoca il movimento, dando origine a cambiamenti strutturali nel materiale che influiscono sulle sue proprietà e sul suo comportamento.

"È davvero importante comprendere l'intricata relazione tra struttura atomica e polarizzazione elettrica, che è una caratteristica fondamentale nei materiali ferroelettrici", ha affermato Han, assistente professore di scienza dei materiali e nanoingegneria. "Questa struttura dipendente dal dominio può essere molto utile agli ingegneri per capire come utilizzare al meglio il materiale e fare affidamento sulle sue proprietà per progettare applicazioni."

A differenza dei ferroelettrici convenzionali in cui gli atomi sono legati da un reticolo rigido, nel cristallo di stagno-selenite studiato da Han e Shi, le forze che legano insieme gli atomi sono più deboli, conferendo al reticolo atomico una qualità più elastica e flessibile.

"Il materiale appartiene a una classe speciale di materiali 2D noti come ferroelettrici di van der Waals, le cui proprietà potrebbero servire a progettare dispositivi e sensori di archiviazione dati ultrasottili di prossima generazione", ha affermato Shi. "Le forze di Van der Waals sono più deboli dei legami chimici:sono lo stesso tipo di forze che consentono ai gechi di sfidare la gravità e arrampicarsi sui muri.

"I morbidi reticoli nel piano di questo materiale 2D accoppiati con le forze di van der Waals dell'interstrato relativamente più deboli danno origine a un paesaggio strutturale unico. Queste caratteristiche strutturali distintive generano effetti esclusivi dei ferroelettrici 2D che sono assenti nelle loro controparti sfuse."

Il maggior grado di flessibilità o libertà del reticolo atomico nei ferroelettrici 2D di van der Waals rende più difficile mappare la relazione tra polarizzazione e struttura del materiale.

"Nel nostro studio, abbiamo sviluppato una nuova tecnica che ci consente di osservare simultaneamente sia la deformazione nel piano che l'ordine di impilamento fuori dal piano, cosa che le indagini convenzionali su questo materiale non erano in grado di fare in precedenza", ha detto Han. "Le nostre scoperte sono destinate a rivoluzionare l'ingegneria dei domini ferroelettrici 2D di van der Waals e a posizionarli come elementi fondamentali nello sviluppo di dispositivi avanzati per il futuro", ha affermato Han.

Nota di correzione (7/12/2023):nel paragrafo 4, "flessoelettricità" è stato aggiornato in "flessoelettricità inversa" per motivi di precisione."

Ulteriori informazioni: Chuqiao Shi et al, Deformazione dipendente dal dominio e impilamento nei ferroelettrici bidimensionali di van der Waals, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42947-3

Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura

Fornito dalla Rice University