Een onderzoeksgroep van het Japanse National Institute for Materials Science heeft met succes een nieuwe nanoferro-elektrische technologie ontwikkeld door een op oplossingen gebaseerde bottom-up nanotechnologie.

Een onderzoeksgroep onder leiding van MANA-wetenschapper Dr. Minoru Osada en hoofdonderzoeker Dr. Takayoshi Sasaki van het International Center for Materials Nanoarchitectonics van het National Institute for Materials Science heeft met succes een nieuwe nanoferro-elektrische technologie ontwikkeld met behulp van een op oplossingen gebaseerde bottom-up nanotechnologie.

Ferro-elektrische materialen zijn een van de diëlektrica die spontane en omkeerbare elektrische dipoolmomenten bezitten - er blijft een elektrische polarisatie achter na het aanbrengen en verwijderen van een extern elektrisch veld, waaruit ferro-elektrische materialen kunnen worden bewerkt als een niet-vluchtig geheugen, staat voor "0" in de ene richting en "1" in de andere. Ferro-elektrisch geheugen (FeRAM) biedt snelle toegang, hoog uithoudingsvermogen in schrijfmodus, laag energieverbruik, niet-volatiliteit, en uitstekende sabotagebestendigheid. Het is daarom ideaal geheugen voor gebruik in smartcards, evenals mobiele telefoons en andere apparaten. De continue schaalverkleining van micro-elektronische circuits in combinatie met een toenemende interesse in ferro-elektrische dunne films voor FeRAM's trekt veel aandacht voor ferro-elektrische nanostructuren / nanofilms. Tot voor kort, het was technologisch moeilijk om ferro-elektriciteit op nanoschaal te stabiliseren.

Op zoek naar een nieuwe nanoferro-elektriciteit, deze onderzoeksgroep creëerde een op superroosterfilm gebaseerde moleculair-dunne oxide nanosheets als bouwstenen. De groep synthetiseerde twee verschillende perovskiet nanosheets (Ca ₂ Nb ₃ O ₁₀ , LaNb ₂ O ₇ ), en een kunstmatig superrooster gefabriceerd door afwisselend twee nanosheets te stapelen via op oplossing gebaseerde laag-voor-laag assemblage, zoals kinderen spelen met bouwstenen. Door kunstmatige structurering, vond de groep dat in tegenstelling tot de para-elektrische aard van Ca ₂ Nb ₃ O ₁₀ en LaNb ₂ O ₇ , de (LaNb ₂ O ₇ /Ca ₂ Nb ₃ O ₁₀ ) superrooster bezit een nieuwe vorm van interfacekoppeling, die aanleiding geeft tot ferro-elektriciteit bij kamertemperatuur. Dit kunstmatige superrooster vertoonde robuuste ferro-elektrische eigenschappen, zelfs bij diktes van enkele nanometers, wat het dunste niveau ter wereld is. Deze prestatie heeft een groot potentieel voor het rationele ontwerp en de constructie van nanoferro-elektriciteit, en zal ook een nieuwe weg openen naar de ontwikkeling van loodvrije ferro-elektrische apparaten die wenselijk zijn voor toekomstige elektronische apparatuur.

De resultaten zijn gepubliceerd in ACS Nano op 23 november.