Elektroniska enheter har ständigt minskat i storlek och ökat i hastighet och effektivitet, från miniatyriserade persondatorer till mobiltelefoner i fickstorlek. Forskare vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid Texas A&M University har upptäckt en klass av tvådimensionella (2-D) material för att hjälpa till att ytterligare minska storleken och förbättra prestanda hos olika enheter.

Dr Xiaofeng Qian, en biträdande professor, och Hua Wang, en doktorand vid institutionen, presenterades i ett färskt nummer av 2-D Materials för deras arbete i 2-D multiferroiska material.

"De flesta 2D-material som studerats hittills har visat en ferroisk egenskap, " Sa Qian. "När vi tittade på grupp IV monochalcogenid lager, vi upptäckte att dessa 2-D-material har två ferroiska egenskaper samtidigt. "

Deras artikel "Two-Dimensional Multiferroics in Monolayer Group IV Monochalcogenides" visar en speciell klass av tvådimensionella halvledare. Dessa material är speciella på grund av deras förmåga att uppvisa en stor spontan gitterpåkänning som kallas ferroelasticitet, och en gigantisk omkopplingsbar elektrisk polarisation som kallas ferroelektricitet. Dessa egenskaper som uppträder samtidigt i monokalkogeniderna av grupp IV i monolager leder till 2-D ferrolastisk-ferroelektrisk multiferroicitet.

"2D-material med mer än en ferroisk egenskap kan vara mycket användbar för miniatyriserade multifunktionella enheter som sensorer och ställdon, " sa Qian. "Men, de är mycket knappa i naturen."

Denna unika klass av 2-D multiferroiska material kan vara användbar för 2-D ferroelektriskt minne och ferroelastiskt minne som är så tunna som en nanometer. I enheter i fickstorlek, detta nya material kan hjälpa till att göra enheten mindre genom att minska storleken på sensorerna och materialen inuti enheten. De kan också vara användbara för att utforska ferroelektrisk excitonisk fotovoltaik som drar fördel av både stor ferroelektricitet och extraordinär excitonisk optisk absorption.

"Dessutom, dessa 2-D-material med flera ferroiska beställningar ger en idealisk plattform för att demonstrera 2-D icke-flyktigt fotoniskt minne med mycket lägre strömförbrukning och med en högre hastighet, Sa Qian.

För närvarande, gruppen arbetar för att bättre förstå de mikroskopiska mekanismerna för domänväggens rörelse och upptäcka andra nya 2-D multiferroiska material.

"Vårt slutmål i detta projekt är att designa multiferroicitet till 2D-material, " sa Qian. "Vi vill också kunna finjustera och kontrollera deras multiferroicitet för en mängd olika elektroniska, optiska och energitillämpningar."

Resultaten av duons arbete kommer att ge nya möjligheter för 2D multifunktionell materialforskning mot miniatyriserade energieffektiva tillämpningar.

"Många intressanta egenskaper och potentiella tillämpningar har upptäckts i 2D-material och deras hybridstrukturer. Det finns många nya fascinerande egenskaper som väntar på att bli upptäckta, " sa Qian. "Det är så lyckligt och spännande att arbeta inom detta område och förstå deras grunder och konsekvenser för framtida enhets- och energiteknik."