Kaksiulotteisia 3D-materiaaleja26.10.2022 Ferrosähköiset materiaalit, ovat lupaava uusi ratkaisu, joka auttaa keventämään matkapuhelimissa ja tietokoneissa olevien ultrapienten elektronisten rakenteiden virrankulutusta. Ferrosähköiset aineet – sähköinen versio ferromagneettisuudelle – ovat materiaaliluokka, jossa osa atomeista on sijoittunut ei-keskeisesti, mikä johtaa spontaaniin sisäiseen sähkövaraukseen tai polarisaatioon, joka voi muuttaa suuntansa, kun se altistetaan ulkoiselle jännitteelle. Valitettavasti tavanomaiset ferrosähköiset materiaalit menettävät sisäisen polarisaationsa muutaman nanometrin ohuina. Mutta tutkijaryhmä Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä on tehnyt aiheen parissa uusia kokeita. Laboratorio on löytänyt ratkaisun, joka ratkaisee samanaikaisesti kaksikin ongelmaa luomalla ohuimman koskaan raportoidun ferrosähköisen ja esitellen ohuimman piille aikaansaadusta työmuistista. Tutkimusryhmä löysi vakaan ferrosähköisyyden erittäin ohuesta, vain puolen nanometrin paksuisesta zirkoniumdioksidikerroksesta. Kasvattamalla tämän materiaalin suoraan piille he havaitsivat, että ferrosähköä syntyy zirkoniumdioksidissa - tavallisesti ei-ferrosähköisessä materiaalissa - kun se kasvatetaan erittäin ohueksi, noin 1-2 nanometrin paksuiseksi. Erityisesti ferrosähköinen käyttäytyminen jatkaa lähes atomimittakaavan paksuusrajaansa asti, joka on noin puoli nanometriä. Tämä perustavanlaatuinen läpimurto merkitsee maailman ohuinta ferrosähköistä. Tämä on yllättävää materiaalille, joka ei edes ole tyypillisesti ferrosähköistä perusmuodossaan. Tutkijat pystyivät myös muuttamaan tämän erittäin ohuen materiaalin polarisaatiota edestakaisin pienellä jännitteellä, mikä mahdollisti ohuimman koskaan raportoidun piirakenteisen työmuistin. "Tämä työ on tärkeä askel kohti ferrosähköisten materiaalien integroimista erittäin skaalautuvaan mikroelektroniikkaan", sanoo tutkijatohtori UC Suraj Cheema. "Vain puristamalla 3D-materiaaleja niiden 2D-paksuusrajaan tarjoaa suoraviivaisen, mutta tehokkaan reitin avata piilossa olevia ilmiöitä monissa yksinkertaisissa materiaaleissa", Cheema toteaa." Tämä laajentaa huomattavasti materiaalisuunnittelua seuraavan sukupolven elektroniikassa sisältämään materiaalit, jotka ovat jo yhteensopivia piiteknologioiden kanssa." Välittömän teknologisen vaikutuksen lisäksi tällä työllä on myös merkittäviä vaikutuksia uusien kaksiulotteisten materiaalien suunnitteluun. Kuten Cheema totesi, vain muutaman atomikerroksen kasvattaminen 3D -materiaalista voi tarjota mahdollisuuden uudelle 2D-materiaaliluokalle – atomisesti ohuille 3D-materiaaleille –, jotka ylittävät tavanomaiset 2D - materiaaliarkit, kuten grafeeni. Aiheesta aiemmin: Antiferrosähköisillä ja ferrosähköisillä yhteisiä ominaisuuksia Silta ferrosähköisten ja ferromagneettisten materiaalien välille |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.