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De izquierda a derecha: autor correspondiente Prof. Jan Seidel (FLEET CI), autor principal Dr. Dawei Zhang y el autor correspondiente Dr. Pankaj Sharma (Fleet Research Fellow), en UNSW CRÉDITO UNSW |
Resumen:
Un artículo reciente de la UNSW publicado en Nature Reviews Materials proporciona una visión general emocionante del campo emergente de materiales ferroeléctricos 2D con estructuras de cristal de van der Waals en capas: una nueva clase de materiales de baja dimensión que son muy prometedores para la futura nanoelectrónica.
Nueva era de ferroeléctricos bidimensionales: revisión de los ferroeléctricos de van der Waals en capas para la futura nanoelectrónica
Sídney, Australia | Publicado el 28 de octubre de 2022
Las aplicaciones futuras incluyen electrónica de energía ultrabaja, almacenamiento de datos no volátiles de alto rendimiento, optoelectrónica de alta respuesta y electrónica flexible (recolección de energía o portátil).
Estructuralmente distintos de los ferroeléctricos de óxido de celosía rígida tradicionales, los ferroeléctricos de van der Waals (vdW) tienen estructuras estratificadas estables con una combinación de fuertes fuerzas intracapa y fuerzas débiles entre capas (ver figura).
Estos arreglos atómicos especiales en combinación con el orden ferroeléctrico conducen a fenómenos y funcionalidades fundamentalmente nuevos que no se encuentran en los materiales convencionales.
«Fundamentalmente, se encuentran nuevas propiedades cuando estos materiales se despegan hasta obtener capas atómicamente delgadas», dice el autor, el Dr. Dawei Zhang. «Por ejemplo, el origen de la polarización y los mecanismos de conmutación para el orden polar pueden ser diferentes a los de los ferroeléctricos convencionales, lo que permite nuevas funciones materiales».
Uno de los aspectos más intrigantes de estos materiales es su fácil apilamiento debido a los débiles enlaces entre capas de van der Waals, lo que significa que los ferroeléctricos vdW se pueden apilar fácilmente en materiales con estructuras cristalinas muy diferentes, como p. B. Se pueden integrar sustratos industriales de silicio.
«Esto los hace extremadamente atractivos como componentes básicos para la electrónica de acuerdo con la ley de Moore», dice el autor, el profesor Jan Seidel, también de la UNSW.
Desde la perspectiva de las aplicaciones y funcionalidades novedosas, los ferroeléctricos vdW ofrecen una amplia gama de posibilidades para la nanoelectrónica debido a su ferroelectricidad a nanoescala fácilmente disponible e interfaces vdW libres y limpias que permiten la integración compatible con CMOS (tecnología de silicio actual).
El nuevo artículo de revisión analiza los sistemas ferroeléctricos vdW verificados experimentalmente y sus propiedades únicas, como los potenciales de pozo cuádruple, la ferroelectricidad metálica y los efectos de bloqueo de dipolo. También analiza la ferroelectricidad vdW diseñada en pilas de materiales de partida no polares generados por centrosimetría de ruptura artificial.
Además, se presentarán aplicaciones de dispositivos innovadores que utilizan ferroelectricidad vdW, incluidos transistores electrónicos capaces de superar los límites termodinámicos fundamentales, memorias no volátiles y dispositivos optoelectrónicos y flexibles. Los avances recientes y los desafíos existentes brindan una perspectiva sobre las futuras direcciones y aplicaciones de la investigación.
«Es un campo relativamente nuevo, por lo que aún se deben resolver muchos desafíos para desbloquear todo el potencial tecnológico de estos materiales», dice el autor, el Dr. Pankaj Sharma. “Por ejemplo, necesitamos abordar métodos de integración y crecimiento uniforme a escala de obleas a gran escala. Estos permitirán el desarrollo de soluciones informáticas y electrónicas futuristas de bajo consumo”.
Dada la reciente aparición de los ferroeléctricos vdW, la biblioteca de materiales de tales sistemas está evolucionando rápidamente. Esto deja espacio para nuevos desarrollos, como la multiferroicidad y funcionalidades acopladas de varios órdenes, como la ferroelectricidad y el magnetismo, y la funcionalidad de muros de dominio en dichos materiales.
Los autores reconocen la financiación del Australian Research Council (programas Discovery, LIEF y Center of Excellence).
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