Forskare från University of Arkansas är en del av ett internationellt team som har upptäckt ett tvådimensionellt ferroelektriskt material bara två atomer tjockt.

Tvådimensionella material är ultratunna membran som lovar nya optoelektroniska, termisk, och mekaniska tillämpningar, inklusive ultratunna datalagringsenheter som skulle vara både hopfällbara och informationstäta.

Ferroelektriska material är de med ett inneboende dipolmoment - ett mått på separationen av positiva och negativa laddningar - som kan kopplas om av ett elektriskt fält, sa Barraza-Lopez. "Till exempel, en enda vattenmolekyl har också ett inneboende elektrondipolmoment, men den termiska rörelsen hos enskilda vattenmolekyler under vanliga förhållanden (t.ex. i en vattenflaska) förhindrar skapandet av ett inneboende dipolmoment över makroskopiska avstånd."

Det har gjorts ett kraftfullt tryck från forskare för att distribuera atomärt tunna, tvådimensionell ferroelektrik under de senaste fem åren, han sa. Det nya materialet som upptäckts av teamet, ett monolager av tennselenid, är bara det tredje tvådimensionella ferroelektriska materialet som tillhör den kemiska familjen av monokalkogenider i grupp IV som hittills har odlats experimentellt. Förutom U of A-forskare inkluderade teamet forskare från Max Planck Institute for Microstucture Physics i Tyskland och Beijing Academy of Quantum Information Sciences i Kina. Upptäckten beskrevs i en tidning publicerad i tidskriften Nanobokstäver .

Med hjälp av ett skannande tunnelmikroskop, forskare bytte elektrondipolmomentet för tennselenidmonoskikt som odlats på ett grafitiskt substrat. Beräkningar utförda av U of A doktorand Brandon Miller verifierade en mycket orienterad tillväxt av detta material på ett sådant substrat.

Den experimentella användningen av dessa material hjälper till att bekräfta teoretiska förutsägelser som ligger till grund för ett verkligt nytt fysiskt beteende. Till exempel, dessa halvledande ferroelektriska material genomgår fasövergångar inducerade av temperatur där deras inneboende elektriska dipol släcks (individuella inre elektriska dipoler fluktuerar som de gör i vatten); de är också värd för icke-linjära optiska effekter som kan vara användbara för ultrakompakta optoelektroniktillämpningar.