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(noticias nanowerk) La ferroelectricidad es una propiedad de ciertos materiales que produce una polarización eléctrica espontánea o inducida de las moléculas, dando como resultado un campo eléctrico en el interior del material. El estado de polarización puede ser permanente o invertirse en la dirección opuesta aplicando un campo eléctrico externo.
Los materiales ferroeléctricos en forma de películas delgadas o pequeños cristales se pueden utilizar para el almacenamiento de información binaria y la memoria no volátil (independiente de la fuente de energía). Cuanto más pequeño sea el cristal ferroeléctrico, más unidades de memoria se pueden incorporar en el dispositivo y más rápido y eficaz funcionará el dispositivo.
Los nanomateriales producidos en el laboratorio del profesor Zak son cristales semiconductores en forma de aguja con un diámetro de aproximadamente 60-100 nm y una longitud de decenas de micrómetros y tienen forma tubular.
El Prof. Yao Guo, China, y la Prof. Alla Zak, HIT, descubrieron ferroelectricidad en estos nanotubos, lo que permitió la construcción de un sistema de visión artificial completamente funcional basado únicamente en estos nanotubos. Un sistema de visión artificial permite el reconocimiento de objetos mediante la secuencia de acciones como la percepción, la memoria y el procesamiento. Este dispositivo fue entrenado mediante aprendizaje automático.
Los resultados se publicarán en comunicación de la naturaleza (“Ferroelectricidad interfacial 0D van der Waals”) y Electrónica de la naturaleza (“Ferroelectricidad en dimensiones cero”).
Para reducir el tamaño del dispositivo ferroeléctrico, los científicos cruzaron un nanotubo con otro (como se muestra a continuación), creando un diodo ferroeléctrico con un tamaño igual al área de contacto entre dos tubos. Esto da como resultado un diodo ferroeléctrico del tamaño de un punto (aproximadamente 10 nm de diámetro) compuesto por sólo 5000 átomos.
En sus dos artículos innovadores, proporcionaron evidencia experimental y simulaciones teóricas que revocaron la idea previamente aceptada de que los efectos ferroeléctricos tradicionales estaban limitados por el tamaño de los átomos. Este descubrimiento cerró la última pieza del rompecabezas de la ferroelectricidad.
El efecto ferroeléctrico es un fenómeno físico descubierto por Joseph Valasek a principios del siglo XX. Proporciona una ruta tecnológica importante para el almacenamiento de información.
El profesor Alla Zak del Instituto de Tecnología HIT Holon y el profesor Guo Yao del Instituto de Tecnología de Beijing explicaron: “Los efectos ferroeléctricos tradicionales tienen limitaciones de tamaño, porque cuando el tamaño de los cristales ferroeléctricos disminuye, se produce la despolarización, lo que puede conducir a la polarización original. “, que es fundamental para que desaparezca el efecto ferroeléctrico”.
Este tamaño limita el uso de materiales ferroeléctricos en dispositivos de almacenamiento de alta densidad. Es decir, cuanto menor sea el tamaño del cristal individual, mayor será la cantidad (mayor densidad) que se puede integrar en los dispositivos de almacenamiento electrónico”.
Para abordar este desafío, la profesora Alla Zak, el profesor Guo Yao y sus investigadores colaboradores utilizaron dos nanotubos de disulfuro de tungsteno cruzados para construir diodos ferroeléctricos en la interfaz de su contacto, que consta de sólo unos 5.000 átomos.
Los investigadores observaron cambios de resistencia y fenómenos de histéresis típicos del material ferroeléctrico en este dispositivo de dimensión cero a nanoescala, demostrando su capacidad para funcionar como un diodo.
A través de una verificación experimental y teórica adicional, se confirmó que el comportamiento eléctrico del diodo ferroeléctrico se debe al deslizamiento muy suave dentro de la estructura del nanotubo y por encima.
«Nos sorprende que un sistema de interfaz de 5.000 átomos pueda ofrecer una funcionalidad tan amplia», comentó el profesor emérito Reshef Tenne (Instituto Weizmann, Israel), coautor de este estudio y ganador del prestigioso Premio Von Hippel de la Sociedad de Investigación de Materiales. Profe. Tenne cree que la ferroelectricidad reducida ofrece ventajas importantes para el futuro almacenamiento de información de alta densidad, lo que conduce a un rendimiento más eficiente y rápido. Además, esta investigación es de gran importancia para reducir el tamaño de otros dispositivos ferroeléctricos como sonares, sensores de incendio y sensores de vibración en el futuro.
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