Las paredes de dominio ferroeléctrico son pequeños sistemas cuasi bidimensionales (2D) con un gran potencial para el desarrollo de tecnología de memristores, memoria no volátil y componentes electrónicos. La polarización instantánea y la alternancia entre los estados eléctricos conductivo y resistivo dan como resultado un cambio en la orientación de la pared del dominio del campo eléctrico.
Estudio: La tercera dimensión de las paredes del dominio ferroeléctrico. Crédito de la foto: remotevfx.com/Shutterstock.com
Además, las paredes de dominio en un material tridimensional (3D) no son perfectamente planas y forman estructuras físicas complejas debido a la formación de redes. Un artículo publicado en Advanced Materials discutió la importancia de la estructura 3D a nanoescala para propiedades de transporte superiores en materiales 3D. Además, el óxido de erbio manganeso (ErMnO3) se utilizó para estudiar la conducción electrónica en paredes de dominio cargadas y neutras de una red 3D.
La combinación de técnicas de modelado de elementos finitos y microscopía tomográfica contribuyó a la comprensión de la contribución de las paredes de dominio a granel y mostró la importancia de los efectos de curvatura para la conducción local a nanoescala. Los resultados proporcionaron una comprensión de la propagación de la corriente eléctrica en redes de pared de dominio y pautas para el diseño de tecnología basada en pared de dominio.
paredes de dominio ferroeléctrico
Los efectos de ondulación geométrica juegan un papel esencial en la determinación de las propiedades físicas del material 2D. Además, estos efectos pueden ayudar a lograr la estabilidad en los dicalcogenuros de metales de transición y el grafeno de una sola capa, lo que conduce a mejores respuestas ópticas, electrónicas y mecánicas.
Las paredes del dominio ferroeléctrico son un sistema 2D emergente con una fuerte interrelación entre la morfología y las respuestas eléctricas. El sistema cuasi-2D tiene paredes de dominio con un espesor de entre 1 y 10 angstroms. Las paredes del dominio 2D no tienen una estructura plana, sino que exhiben una flexión y una curvatura naturales debido a defectos puntuales que causan rugosidad en la pared del dominio, lo que reduce los campos electrostáticos perdidos.
Además, los cambios de orientación debido a la polarización eléctrica del material huésped modifican el estado de carga, la conductividad y el cambio de concentración local del portador de carga. La correlación entre la estructura del muro de dominio y sus propiedades electrónicas, junto con la movilidad espacial de los muros, dota a los materiales 2D de funcionalidades únicas que inspiraron el desarrollo de la nanoelectrónica de muro de dominio.
Las paredes del dominio ferroeléctrico dentro del bloque separan los dominios con diferentes orientaciones de polarización eléctrica (P), lo que dificulta el acceso a sus propiedades intrínsecas de transporte electrónico. Para ello, se analizó la conducción eléctrica de la pared del dominio ferroeléctrico alrededor de la superficie mediante técnicas de sonda de barrido y microscopía electrónica.
La determinación estructural de las paredes del dominio 3D es esencial para comprender la física compleja a nanoescala. Por lo tanto, se investigaron diferentes enfoques microscópicos para la caracterización estructural y los resultados se correlacionaron con la conductividad eléctrica a lo largo de las paredes del dominio ferroeléctrico en sus estructuras 3D.
Determinación de la estructura de muros de dominio 3D ferroeléctricos
En el presente trabajo, se utilizaron en combinación microscopía electrónica de barrido (SEM), haz de iones enfocado (FIB) y microscopía de sonda de barrido (SPM) para analizar el ErMnO ferroeléctrico.3resolver la estructura de la pared del dominio 3D y mapear las propiedades de transporte a nivel de nanoescala.
Los datos tomográficos obtenidos de FIB-SEM correlacionaron la alineación local de la pared del dominio con la conducción electrónica a través de un solo experimento, lo que facilitó cálculos precisos que revelaron la naturaleza de propagación de la corriente inyectada dentro de la pared del dominio con la red 3D.
Además, los efectos de la curvatura se estudiaron mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) de alta resolución junto con cálculos de elementos finitos. Este análisis combinatorio cuantificó las variaciones en la conducción electrónica debido a la desviación de la estructura de la pared del dominio de la geometría plana.
La dispersión de la corriente inyectada se calculó sobre la red de pared de dominio 3D, comprobando la existencia de una longitud de corte (LC) específico del muro del dominio. El lC se determinó a partir de la conductividad relativa dentro de la LCel estado de carga y las conexiones de una pared de dominio con otra fueron cruciales para controlar la vía actual y medir la conductividad de la pared del dominio, lo que subraya la importancia de la nanoestructura de la pared del dominio cercana a la superficie.
Conclusión
En conclusión, la naturaleza no plana de la pared del dominio ferroeléctrico se ha demostrado como un parámetro crítico para mantener el comportamiento del transporte localizado. Además, la explotación de las variaciones en la curvatura (transitoria o permanente) permitió la regulación de la resistencia de la pared del dominio sin necesidad de cambiar la posición o la inclinación angular de la pared del dominio.
Por lo tanto, la variación de la curvatura allanó una nueva vía para la ingeniería de paredes de dominio y apoyó el desarrollo de dispositivos de dos terminales en los que los efectos de curvatura dinámicos o estáticos ayudan a lograr variaciones en la conductividad. Este trabajo describe los fenómenos de transporte impulsados por la curvatura y propone los criterios básicos para diseñar un dispositivo, incluido el LCque determina la distancia entre los electrodos.
En general, con base en la conductividad de la pared del dominio, la LC varía entre los rangos de nanómetros a micrómetros. Esta variación en LC sugiere que toda la red de paredes de dominio se reorganiza para acomodar el comportamiento del transporte electrónico en sistemas que contienen paredes altamente conductoras. Además, los cambios de conductividad basados en efectos de curvatura permiten el control de resistencia multinivel y respuestas electrónicas complejas.
Relación
Roede ED, Shapovalov K, Moran TJ, Mosberg AB, Yan Z, Bourret E, Cano A (2022). La tercera dimensión de las paredes del dominio ferroeléctrico. Materiales avanzados. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202202614
