Ett team av forskare från University of Liverpool, University College London och University of Zaragoza i Spanien har upptäckt ett sätt att framkalla och kontrollera ett grundläggande elektriskt kopplingsbeteende på nanoskala.

Deras resultat rapporteras i tidningen Naturnanoteknik , där teamet beskriver hur separering av ett atomiskt tunt lager av bergsaltmaterial-inklusive vanligt bordsalt-från ytan av metalliskt koppar genom att inkludera ett atomiskt tunt lager av kopparnitrid däremellan skapar ett lager av så kallade "elektriska dipoler, "vars orientering kan ändras genom att applicera ett stort elektriskt fält.

När de flesta material vänds upp och ner, de ser likadana ut på atomnivå och de elektriska laddningarna i atomerna kan inte ha en preferens för att orientera längs en viss riktning. I vissa material, dock, denna symmetri är trasig, och dessa laddningar kan radas upp för att bilda elektriska dipoler, som kan växlas mellan flera orienteringar med ett elektriskt fält. Om de förblir i samma riktning efter att det elektriska fältet har tagits bort, materialet kallas vanligtvis ett ferroelektriskt medel som är den elektriska analogen av en ferromagnet.

På grund av det ferroelektriska inneboende kopplingsbeteendet finns det ett stort intresse för att använda nanoskala ferroelektriker för en ny form av datalagring med hög densitet. Dock, de yttersta lagren av ett ferroelektriskt material förlorar ofta sin förmåga att växla när de införlivas i en elektrisk krets. Detta gör det svårt att skala ferroelektriska material ner till atomskala.

För att övervinna dessa svårigheter, forskarna undersökte om de nya framväxande egenskaperna hos tvådimensionella (2-D) material som bara är några få atomlager tjocka skulle kunna utnyttjas för att skapa ett annat slags dipolärt omkopplingsmaterial. Dessa material, kan ha egenskaper som skiljer sig dramatiskt från deras tjockare motsvarigheter.

Teamet började med att bilda ett atomärt tunt lager av kväve och koppar (kopparnitrid) på ytan av en kopparkristall. Dessutom, de avsatte ett atomiskt tunt lager av bergsaltmaterial, särskilt natriumklorid (vanligt bordsalt) och kaliumbromid, som inte har netto dipoler.

Professor Mats Persson, från universitetets kemiska institution och teoretikern för uppsatsen, sade:"Det här är en mycket spännande utveckling och i motsats till traditionell visdom att det är möjligt att ha ferroelektriskt liknande beteende atomiskt, tunna lager i en metallisolatorförbindelse "

Många av de mest lovande föreslagna tillämpningarna för 2-D-material innebär att de införlivas i elektriska kretsar, så mycket uppmärksamhet har fokuserats på att leda 2-D-material. Dock, 2-D-isolatorer börjar spela en allt viktigare roll.

"Genom att stapla två 2-D-material, även de som är isolatorer, vi kan skapa nytt beteende som inget material skulle kunna visa upp individuellt. Detta öppnar en mängd nya möjligheter för att utveckla en ny generation av 2-D-materialstrukturer. "Kommenterade Cyrus Hirjibehedin, projektets ledande forskare.

Papperet "Elektrisk polarisationsomkoppling i en atomtunn binär bergsaltstruktur" publiceras i Naturnanoteknik .