WPI-MANA ​​heeft 's werelds best presterende diëlektrische nanofilms ontwikkeld met behulp van atomair dunne perovskieten. Deze technologie kan een revolutie teweegbrengen in de volgende generatie elektronica.

Dit onderzoek is uitgevoerd door een WPI-MANA ​​onderzoeksgroep onder leiding van hoofdonderzoeker Minoru Osada en directeur Takayoshi Sasaki van WPI-MANA ​​bij NIMS. Elektronische apparaten worden steeds kleiner, maar er is een grens aan hoe klein ze kunnen worden met de huidige materialen en technologie. Hoog-κ diëlektrische materialen kunnen de sleutel zijn voor de ontwikkeling van elektronische apparaten van de toekomst.

Minoru Osada en collega's creëerden hoogwaardige diëlektrische nanofilms met behulp van 2D perovskiet nanosheets (Ca ₂ nee _m−3 NbmO _3m+1 ; m =3-6) als bouwstenen. Perovskietoxiden bieden een enorm potentieel voor het regelen van hun rijke verscheidenheid aan elektronische eigenschappen, waaronder hoog-κ diëlektricum en ferro-elektrisch.

De onderzoekers demonstreerden de gerichte synthese van nanofilms die zijn samengesteld uit 2-D perovskiet-nanobladen op een eenheid-cel-op-eenheid-cel-manier. In dit unieke systeem perovskiet-nanobladen maken nauwkeurige controle mogelijk over de dikte van de perovskietlagen in stappen van ~0,4 nm (één perovskiet-eenheid) door m te veranderen, en dergelijke atoomlaagtechniek verbetert de hoge-κ diëlektrische respons en lokale ferro-elektrische instabiliteit. De m =6 leden (Ca ₂ nee ₃ Nb ₆ O ₁₉ ) bereikte de hoogste diëlektrische constante, εr =~470, ooit gerealiseerd in alle bekende diëlektrica in het ultradunne gebied van minder dan 10 nm.

Perovskiet nanosheets zijn van technologisch belang voor het onderzoeken van hoge-κ diëlektrica in 2D materialen, die een groot potentieel hebben in elektronische toepassingen zoals geheugens, condensatoren, en poortinrichtingen. Opmerkelijk, perovskiet-nanobladen boden hoge capaciteiten door te vertrouwen op hoge κ-waarden bij een moleculaire dikte. Ca ₂ nee ₃ Nb ₆ O ₁₉ vertoonde een ongekende capaciteitsdichtheid van ongeveer 203 μF cm-2, die ongeveer drie ordes van grootte groter is dan die van de momenteel beschikbare keramische condensors, het openen van een route naar ultra-geschaalde high-density condensatoren.

Deze resultaten bieden een strategie voor het bereiken van 2-D high-κ diëlektrica/ferro-elektriciteit voor gebruik in ultra-geschaalde elektronica en post-grafeentechnologie.