Een team van wetenschappers van de Universiteit van Liverpool, University College London en de University of Zaragoza in Spanje hebben een manier ontdekt om een ​​fundamenteel elektrisch schakelgedrag op nanoschaal te induceren en te beheersen.

Hun resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie , waar het team beschrijft hoe het scheiden van een atomair dunne laag steenzoutmateriaal - inclusief gewoon tafelzout - van het oppervlak van metallisch koper door er een atomair dunne laag kopernitride tussen te plaatsen, een laag van zogenaamde "elektrische dipolen" creëert, " waarvan de oriëntatie kan worden veranderd door een groot elektrisch veld aan te leggen.

Wanneer de meeste materialen ondersteboven worden gekeerd, ze zien er op atomair niveau hetzelfde uit en de elektrische ladingen in de atomen kunnen geen voorkeur hebben om zich in een bepaalde richting te oriënteren. Bij sommige materialen is echter, deze symmetrie is verbroken, en deze ladingen kunnen op één lijn liggen om elektrische dipolen te vormen, die kan worden geschakeld tussen meerdere oriëntaties met een elektrisch veld. Als ze in dezelfde richting blijven nadat het elektrische veld is verwijderd, het materiaal wordt gewoonlijk een ferro-elektrische genoemd, wat de elektrische analoog is van een ferromagneet.

Vanwege het intrinsieke schakelgedrag van ferro-elektriciteit is er een grote belangstelling voor het gebruik van ferro-elektriciteit op nanoschaal voor een nieuwe vorm van dataopslag met hoge dichtheid. Echter, de buitenste lagen van een ferro-elektrisch materiaal verliezen vaak hun vermogen om te schakelen wanneer ze in een elektrisch circuit worden opgenomen. Dit maakt het moeilijk om ferro-elektrische materialen tot op atomaire schaal te schalen.

Om deze moeilijkheden te overwinnen, de wetenschappers onderzochten of de nieuwe opkomende eigenschappen van tweedimensionale (2-D) materialen die slechts een paar atomaire lagen dik zijn, kunnen worden benut om een ​​ander soort dipolair schakelmateriaal te creëren. Deze materialen, kunnen eigenschappen hebben die dramatisch verschillen van die van hun dikkere tegenhangers.

Het team begon met het vormen van een atomair dunne laag stikstof en koper (kopernitride) op het oppervlak van een koperkristal. Daar bovenop, ze legden een atomair dunne laag steenzoutmateriaal af, specifiek natriumchloride (gewoon keukenzout) en kaliumbromide, die geen netto dipolen hebben.

Professor Mats Persson, van de afdeling scheikunde van de universiteit en de theoreticus van het papier, zei:"Dit is een zeer opwindende ontwikkeling en in tegenstelling tot de traditionele wijsheid dat het mogelijk is om ferro-elektrisch gedrag te vertonen in atomaire, dunne lagen in een metaal-isolatorovergang"

Veel van de meest veelbelovende voorgestelde toepassingen voor 2D-materialen omvatten het opnemen ervan in elektrische circuits, er is zoveel aandacht besteed aan het geleiden van 2D-materialen. Echter, 2-D isolatoren beginnen een steeds belangrijkere rol te spelen.

"Door twee 2D-materialen op elkaar te stapelen, zelfs degenen die isolatoren zijn, we kunnen nieuw gedrag creëren dat geen van beide materialen afzonderlijk zou kunnen vertonen. Dit opent een schat aan nieuwe mogelijkheden voor het ontwikkelen van een nieuwe generatie 2D-materiaalstructuren." merkte Cyrus Hirjibehedin op, hoofdwetenschapper van het project.

Het artikel "Elektrische polarisatieschakeling in een atomair dunne binaire steenzoutstructuur" is gepubliceerd in: Natuur Nanotechnologie .