Veel materialen vertonen nieuwe eigenschappen in de vorm van dunne films die uit slechts enkele atomaire lagen bestaan. De meeste mensen zijn bekend met grafeen, de tweedimensionale vorm van grafiet, maar dunnefilmversies van andere materialen kunnen ook technologische doorbraken mogelijk maken.

Bijvoorbeeld, een klasse van driedimensionale materialen die Groep-IV-monochalcogeniden worden genoemd, zijn halfgeleiders die presteren in toepassingen zoals thermo-elektrische en opto-elektronica. Onderzoekers maken nu tweedimensionale versies van deze materialen, in de hoop dat ze verbeterde prestaties of zelfs nieuwe toepassingen zullen bieden.

Onlangs, een onderzoeksteam met onder meer Salvador Barraza-Lopez, universitair hoofddocent natuurkunde aan de U of A en Taneshwor Kaloni, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Barraza-Lopez, heeft licht geworpen op het gedrag van een van deze ultradunne materialen, bekend als tintelluride (SnTe). Barraza-Lopez en zijn collega's van het Max-Planck Institute of Microstructure Physics in Duitsland, het Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Physics en het Collaborative Innovation Center of Quantum Matter in China en het RIKEN Center for Emergent Matter Science in Japan publiceerden onlangs een paper over hun bevindingen in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

De onderzoekers gebruikten een tunnelmicroscoop met variabele temperatuur scanning om de structuur en polarisatie van SnTe-dunne films die op grafeensubstraten zijn gegroeid, te bestuderen. Ze bestudeerden het materiaal bij verschillende temperaturen, van 4,7 Kelvin tot meer dan 400 Kelvin. Ze ontdekten dat wanneer SnTe slechts enkele atoomlagen dik is, het vormt een gelaagde structuur die verschilt van de bulk, ruitvormige versie van het materiaal. Het team van Arkansas droeg bij aan dit onderzoek door berekeningen te verstrekken die de kwantummechanische aard van deze atomaire structuren verklaren, met behulp van een methode die bekend staat als dichtheidsfunctionaaltheorie.

De atomen in ultradunne SnTe creëren elektrische dipolen die in tegengestelde richtingen zijn georiënteerd in elke andere atoomlaag, waardoor het materiaal antipolair is, in tegenstelling tot het bulkmonster waarbij alle lagen in dezelfde richting wijzen. Bovendien, de overgangstemperatuur, dat is de temperatuur waarbij het materiaal deze spontane polarisatie verliest, veel hoger is dan die van het stortgoed.

"[Deze bevindingen] onderstrepen het potentieel van atomair dunne g-SnTe-films voor de ontwikkeling van nieuwe op spontane polarisatie gebaseerde apparaten, ", zeiden de onderzoekers in de krant.