Wetenschappers van de Universiteit van Arkansas maken deel uit van een internationaal team dat een tweedimensionaal ferro-elektrisch materiaal heeft ontdekt van slechts twee atomen dik.

Tweedimensionale materialen zijn ultradunne membranen die veelbelovend zijn voor nieuwe opto-elektronische, thermisch, en mechanische toepassingen, inclusief ultradunne apparaten voor gegevensopslag die zowel opvouwbaar als informatiedicht zouden zijn.

Ferro-elektrische materialen zijn materialen met een intrinsiek dipoolmoment - een maat voor de scheiding van positieve en negatieve ladingen - die kunnen worden geschakeld door een elektrisch veld, zei Barraza-Lopez. "Bijvoorbeeld, een enkel watermolecuul heeft ook een intrinsiek elektronendipoolmoment, maar de thermische beweging van individuele watermoleculen onder normale omstandigheden (bijvoorbeeld in een waterfles) voorkomt het ontstaan ​​van een intrinsiek dipoolmoment over macroscopische afstanden."

Onderzoekers hebben krachtig gepusht om atomair dunne, tweedimensionale ferro-elektriciteit in de afgelopen vijf jaar, hij zei. Het nieuwe materiaal dat door het team is ontdekt, een tinselenide-monolaag, is slechts de derde tweedimensionale ferro-elektrische die behoort tot de chemische familie van groep-IV monochalcogeniden die tot nu toe experimenteel is gekweekt. Naast U of A-wetenschappers omvatte het team onderzoekers van het Max Planck Institute for Microstucture Physics in Duitsland en de Beijing Academy of Quantum Information Sciences in China. De ontdekking werd beschreven in een paper gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters .

Met behulp van een scanning tunneling microscoop, onderzoekers veranderden het elektronen-dipoolmoment van tinselenide-monolagen die op een grafietsubstraat waren gegroeid. Berekeningen uitgevoerd door U of A afgestudeerde student Brandon Miller bevestigden een sterk georiënteerde groei van dit materiaal op een dergelijk substraat.

De experimentele inzet van deze materialen helpt de theoretische voorspellingen te bevestigen die ten grondslag liggen aan echt nieuw fysiek gedrag. Bijvoorbeeld, deze halfgeleidende ferro-elektrische materialen ondergaan faseovergangen die worden geïnduceerd door temperatuur waarin hun intrinsieke elektrische dipool wordt gedoofd (individuele intrinsieke elektrische dipolen fluctueren zoals in water); ze bevatten ook niet-lineaire optische effecten die nuttig kunnen zijn voor ultracompacte opto-elektronicatoepassingen.