Ny forskning har brutit storleksbegränsningen för traditionella ferroelektriska effekter och tillhandahållit experimentella bevis och teoretiska simuleringar för att bekräfta att en struktur med så få som 5 000 atomer fortfarande kan uppvisa ferroelektriska effekter i fast tillstånd.
Studierna, av ett gemensamt team från Israel och Kina, publiceras i Nature Electronics och Nature Communications under titlarna "Ferroelektricitet i nolldimensionell" respektive "0D van der Waals gränssnittsglidande ferroelektricitet."
Den ferroelektriska effekten är ett fysiskt fenomen som upptäcktes i början av 1900-talet av Joseph Valasek, och det ger en viktig teknisk väg för att uppnå informationslagring. Traditionella ferroelektriska effekter är föremål för storleksbegränsningar.
"När storleken på traditionella ferroelektriska material minskar, kan det betydande inflytandet av depolarisationsfältet göra att de ursprungliga polarisationsegenskaperna försvinner", förklarar prof. Guo Yao och prof. Alla Zak. "Denna storlekseffekt begränsar användningen av ferroelektriska material i högdensitetslagringsenheter."
Prof. Guo Yao från Beijing Institute of Technology, Prof. Alla Zak från Holon Institute of Technology och medarbetare använde nanorör av volframdisulfid för att konstruera ett gränssnitt med cirka 5 000 atomer på nanoskala, och observerade resistansförändringar och hysteresfenomen i ferroelektriska dioder vid gränssnitt.
Genom ytterligare experimentell och teoretisk verifiering bekräftades det att det elektriska beteendet hos den ferroelektriska dioden berodde på gallerglidning vid gränssnittet, vilket gjorde det möjligt för enheten att producera resistansförändringar lämpliga för informationslagring och programmerbara fotovoltaiska svar över nästan hela våglängdsområdet för synligt ljus . "Vi är förvånade över att ett 5 000-atoms gränssnittssystem kan producera så rik funktionalitet", säger forskarna.
Prof. Reshef Tenne, från Weizmann Institute of Science i Israel och medförfattare till denna studie, tror att denna nedskalade ferroelektricitet har viktiga fördelar för framtida högdensitetsinformationslagring. Han tror också att denna forskning är av stor betydelse för storleksminskningen av ferroelektriska enheter.
Mer information: Yue Niu et al, 0D van der Waals gränssnittsferroelektricitet, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41045-8
Yan Sun et al, mesoskopisk glidande ferroelektricitet aktiverat fotovoltaiskt direktminne för artificiellt synsystem på materialnivå, Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-33118-x
Katharina Zeissler, Ferroelektricitet i nolldimensioner, Nature Electronics (2023). DOI:10.1038/s41928-023-01085-w
Journalinformation: Nature Communications , Nature Electronics
Tillhandahålls av University of Science &Technology Peking
