Les propriétés qui rendent les matériaux comme les semi-conducteurs si recherchés résultent de la manière dont leurs atomes sont connectés, et la compréhension de ces configurations atomiques peut aider les scientifiques à concevoir de nouveaux matériaux ou à utiliser des matériaux existants de manière nouvelle et imprévue.
Yimo Han, spécialiste des matériaux à l’Université Rice, et ses collaborateurs ont cartographié les caractéristiques structurelles d’un matériau ferroélectrique 2D composé d’atomes d’étain et de sélénium, montrant remark les domaines – zones du matériau dans lesquelles les molécules sont orientées de manière identique – ont un effects sur le comportement du matériau.
« Les matériaux ferroélectriques sont largement utilisés dans des apps telles que les mémoires et les capteurs, et ils seront probablement de furthermore en moreover utiles pour construire la nanoélectronique et l’informatique en mémoire de nouvelle génération », a déclaré Chuqiao Shi, étudiant diplômé de Rice au laboratoire Han et auteur principal de l’étude. une étude publiée dans Mother nature Communications. « C’est parce que les matériaux ferroélectriques 2D possèdent des propriétés remarquables et se caractérisent par leur minceur atomique et leurs capacités d’intégration améliorées. »
Dans les matériaux ferroélectriques, les molécules sont polarisées et elles se séparent et s’alignent également en fonction de la polarisation. De furthermore, les ferroélectriques 2D changent de forme en réponse à des stimuli électriques – un phénomène connu sous le nom de flexoélectricité. Dans le cristal d’étain-sélénium qui fait l’objet de cette recherche, les molécules s’auto-organisent en zones ou domaines, et l’effet flexoélectrique provoque leur déplacement, donnant lieu à des changements structurels dans le matériau qui ont un effect sur ses propriétés et son comportement.
« Il est vraiment critical que nous comprenions la relation complexe entre la framework atomique et la polarisation électrique, qui est une caractéristique essentielle des matériaux ferroélectriques », a déclaré Han, professeur adjoint de science des matériaux et de nano-ingénierie. « Cette composition dépendante du domaine peut être très utile aux ingénieurs pour déterminer remark utiliser au mieux le matériau et s’appuyer sur ses propriétés pour concevoir des apps. »
Contrairement aux ferroélectriques conventionnels dans lesquels les atomes sont liés par un réseau rigide, dans le cristal d’étain-sélénite étudié par Han et Shi, les forces qui lient les atomes entre eux sont in addition faibles, conférant au réseau atomique une qualité moreover souple et furthermore versatile.
« Le matériau appartient à une classe spéciale de matériaux 2D connus sous le nom de ferroélectriques de Van der Waals, dont les propriétés pourraient servir à concevoir des dispositifs et des capteurs de stockage de données extremely-minces de nouvelle génération », a déclaré Shi. « Les forces de Van der Waals sont additionally faibles que les liaisons chimiques : ce sont les mêmes types de forces qui permettent aux geckos de défier la gravité et d’escalader les murs.
« Les réseaux souples dans le prepare de ce matériau 2D, associés aux forces de Van der Waals intercalaires relativement as well as faibles, donnent naissance à un paysage structurel special. Ces caractéristiques structurelles distinctives génèrent des effets exclusifs aux ferroélectriques 2D qui sont absents dans leurs homologues en vrac. »
Le furthermore grand degré de flexibilité ou de liberté du réseau atomique dans les ferroélectriques de van der Waals 2D rend in addition difficile la cartographie de la relation entre la polarisation et la composition du matériau.
« Dans notre étude, nous avons développé une nouvelle technique qui nous permet d’examiner simultanément la déformation dans le approach et l’ordre d’empilement hors du plan, ce que les études conventionnelles sur ce matériau n’étaient pas en mesure de faire auparavant », a déclaré Han. « Nos découvertes devraient révolutionner l’ingénierie de domaine dans les ferroélectriques 2D de van der Waals et les positionner comme des éléments fondamentaux du développement de dispositifs avancés pour l’avenir », a déclaré Han.
La recherche a été soutenue par la Nationwide Science Basis (2239545, 1231319, 2132105, 1753054, 2039380, 1719875), la Welch Basis (C-2065), le ministère de l’Énergie (DE-SC0020042, DE-SC0023353) et Texas A&M Significant Functionality. Informatique de recherche.
