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Un artículo reciente de la UNSW en Naturaleza Reseñas Materiales presenta 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 de gran interés para la nanoelectrónica futura.
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 convencionales, los ferroeléctricos de van der Waals (vdW) tienen estructuras estratificadas estables con una combinación de fuertes fuerzas intracapa y débiles fuerzas intercapa.
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 exfolian hasta obtener capas atómicamente delgadas». dice el autor Dr. Dawei Zhang. «Por ejemplo, el origen de la polarización y los mecanismos de conmutación para el orden polar pueden ser diferentes a los ferroeléctricos tradicionales, lo que permite nuevas funcionalidades 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 Prof. Jan Seidel, también en 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 aprovechar todo el potencial tecnológico de estos materiales». dice el autor Dr. Pankaj Sharma. «Por ejemplo, debemos abordar métodos de integración y crecimiento a gran escala y uniformes a escala de obleas. Esto permitirá el desarrollo de soluciones informáticas y electrónicas futuristas y 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.
Fuente: https://www.fleet.org.au/
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