Ny forskning från Flinders University och UNSW Sydney, publicerad i ACS Nano journal, utforskar omkopplingsbar polarisering i en ny klass av kiselkompatibla metalloxider och banar väg för utvecklingen av avancerade enheter inklusive högdensitetsdatalagring, ultralågenergielektronik, flexibel energiinsamling och bärbara enheter.
Studien ger den första observationen av nanoskala inneboende ferroelektricitet i magnesiumsubstituerade zinkoxid tunna filmer (metalloxid tunna filmer med enkla wurtzite kristallstrukturer).
Ferroelektrik som liknar magneter uppvisar en motsvarande elektrisk egenskap som kallas permanent elektrisk polarisation, som härrör från elektriska dipoler med lika men motsatt laddade ändar eller poler.
Polariseringen kan ändras upprepade gånger mellan två eller flera ekvivalenta tillstånd eller riktningar när de utsätts för ett externt elektriskt fält och därför är de omkopplingsbara polära materialen under aktiv övervägande för många tekniska tillämpningar inklusive snabbt nanoelektroniskt datorminne och elektroniska anordningar med låg energi.
"Forskningsresultaten ger betydande insikter om den omkopplingsbara polariseringen i en ny klass av mycket enklare kiselkompatibla metalloxider med wurtzitkristallstrukturer och lägger en grund för utvecklingen av avancerade enheter", säger motsvarande och sista författare Dr. Pankaj Sharma, föreläsare vid Flinders University.
"Det demonstrerade materialsystemet erbjuder mycket verkliga och viktiga implikationer för ny teknik och översättbar forskning", säger motsvarande författare UNSW Sydney professor Jan Seidel.
Historiskt sett har denna tekniskt viktiga egenskap visat sig existera i komplexa perovskitoxider som innehåller en rad övergångsmetallkatjoner som leder till olika fysikaliska fenomen som multiferroicitet, magnetism eller till och med supraledning.
"Men att integrera dessa komplexa oxider i halvledartillverkningsprocesserna har varit en betydande utmaning på grund av stränga processkrav relaterade till till exempel termisk budget och exakt kontroll av flera beståndsdelar. Den här studien ger därför en potentiell lösning", säger först författaren Haoze Zhang (UNSW, Sydney).
Mer information: Haoze Zhang et al, Robust Switchable Polarization and Coupled Electronic Characteristics of Magnesium-Doped Zinc Oxide, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c04937
Journalinformation: ACS Nano
Tillhandahålls av Flinders University
