Le proprietà che fanno materiali come i semiconduttori risultato così ricercato dal modo in cui i loro atomi sono collegati, e la comprensione di queste configurazioni atomiche può aiutare gli scienziati a progettare nuovi materiali o a utilizzare materiali esistenti in modi nuovi e imprevisti.
Scienziato dei materiali della Rice University Yimo Han e i collaboratori hanno mappato le caratteristiche strutturali di a 2D ferroelettrico materiale di cui lattina E selenio atomi, mostrando come domini ⎯ aree del materiale in cui le molecole sono orientate in modo identico ⎯ influenzano il comportamento del materiale.
“I materiali ferroelettrici sono ampiamente utilizzati in applicazioni come ricordi e sensori, e saranno probabilmente sempre più utili per costruire la nanoelettronica e l’in-memory computing di prossima generazione”, ha affermato Chuqiao Shi, uno studente laureato della Rice nel Laboratorio Han e autore principale su uno studio pubblicato su Nature Communications.
“Questo perché i materiali ferroelettrici 2D hanno proprietà notevoli e sono caratterizzati dalla loro sottigliezza atomica e da capacità di integrazione migliorate”.
Nei materiali ferroelettrici, le molecole lo sono polarizzato, e si segregano e si allineano anche in base alla polarizzazione. Inoltre, i ferroelettrici 2D cambiano forma in risposta agli stimoli elettrici, un fenomeno noto come flessoelettricità.
Nel cristallo di stagno-selenio che è al centro di questa ricerca, le molecole si auto-organizzano in chiazze o domini e l’effetto flessoelettrico ne fa muovere, dando origine a cambiamenti strutturali nel materiale che incidono sulle sue proprietà e sul suo comportamento.
“È davvero importante comprendere l’intricata relazione tra struttura atomica e polarizzazione elettrica, che è una caratteristica fondamentale nei materiali ferroelettrici”, ha affermato Han, assistente professore di scienza dei materiali e nanoingegneria. “Questa struttura dipendente dal dominio può essere molto utile per gli ingegneri per capire come utilizzare al meglio il materiale e fare affidamento sulle sue proprietà per progettare applicazioni.”
A differenza dei ferroelettrici convenzionali in cui gli atomi sono legati da un reticolo rigido, nel cristallo di selenite di stagno studiato da Han e Shi, le forze che legano insieme gli atomi sono più deboli, conferendo al reticolo atomico una qualità più elastica e flessibile.
“Il materiale appartiene a una classe speciale di materiali 2D nota come van der Waals ferroelettrici, le cui proprietà potrebbero servire a progettare dispositivi e sensori di archiviazione dati ultrasottili di prossima generazione”, ha affermato Shi. “Le forze di Van der Waals sono più deboli di legami chimici ⎯ sono lo stesso tipo di forze che permettono ai gechi di sfidare la gravità e arrampicarsi sui muri.
“I morbidi reticoli nel piano di questo materiale 2D accoppiati con le forze di van der Waals interstrato relativamente più deboli danno origine a un paesaggio strutturale unico. Queste caratteristiche strutturali distintive generano effetti esclusivi dei ferroelettrici 2D che sono assenti nelle loro controparti sfuse”.
Il maggior grado di flessibilità o libertà del reticolo atomico nei ferroelettrici 2D di van der Waals rende più difficile mappare la relazione tra polarizzazione e struttura del materiale.
“Nel nostro studio, abbiamo sviluppato una nuova tecnica che ci consente di esaminare entrambi deformazione nel piano e l’ordine di impilamento fuori dal piano simultaneamente, cosa che le indagini convenzionali su questo materiale non erano in grado di fare in precedenza”, ha detto Han. “Le nostre scoperte sono destinate a rivoluzionare l’ingegneria dei domini ferroelettrici 2D di van der Waals e a posizionarli come elementi fondamentali nello sviluppo di dispositivi avanzati per il futuro”, ha affermato Han.
Fonte: Università del Riso
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