WPI-MANA ​​har utvecklat världens högsta prestanda dielektriska nanofilmer med hjälp av atomärt tunna perovskiter. Denna teknik kan revolutionera nästa generations elektronik.

Denna forskning utfördes av en WPI-MANA ​​forskargrupp ledd av huvudutredaren Minoru Osada och direktör Takayoshi Sasaki för WPI-MANA ​​vid NIMS. Elektroniska enheter blir mindre hela tiden, men det finns en gräns för hur små de kan bli med nuvarande material och teknik. Dielektriska material med hög κ kan vara nyckeln till att utveckla framtidens elektroniska enheter.

Minoru Osada och kollegor skapade högpresterande dielektriska nanofilmer med hjälp av 2-D perovskite nanosheets (Ca ₂ Na _m−3 NbmO _3m+1 ; m =3–6) som byggstenar. Perovskitoxider erbjuder en enorm potential för att kontrollera deras rika utbud av elektroniska egenskaper inklusive högk-dielektriska och ferroelektriska.

Forskarna visade målinriktad syntes av nanofilmer som består av 2-D perovskit nanoark på ett enhet-cell-på-enhet-cell sätt. I detta unika system, perovskite nanosheets möjliggör exakt kontroll över tjockleken på perovskite skikten i steg om ~0,4 nm (en perovskite enhet) genom att ändra m, och sådan atomskiktskonstruktion förbättrar den dielektriska responsen med hög K och den lokala ferroelektriska instabiliteten. M =6 -medlemmen (Ca ₂ Na ₃ Obs ₆ O ₁₉ ) uppnått den högsta dielektricitetskonstanten, εr =~470, någonsin realiserats i alla kända dielektrika i det ultratunna området på mindre än 10 nm.

Perovskite nanosheets är av teknisk betydelse för att utforska högk-dielektrik i 2D-material, som har stor potential i elektroniska applikationer som minnen, kondensatorer, och grindanordningar. I synnerhet, perovskite nanosheets gav höga kapacitanser genom att förlita sig på höga K-värden vid en molekylär tjocklek. Ca ₂ Na ₃ Obs ₆ O ₁₉ uppvisade en oöverträffad kapacitansdensitet på cirka 203 μF cm-2, vilket är ungefär tre storleksordningar större än för närvarande tillgängliga keramiska kondensorer, öppnar en väg till ultraskaliga högdensitetskondensatorer.

Dessa resultat ger en strategi för att uppnå 2-D högk-dielektrik/ferroelektrik för användning i ultraskalad elektronik och post-grafenteknologi.