Nieuw onderzoek van Flinders University en UNSW Sydney, gepubliceerd in de ACS Nano tijdschrift, onderzoekt schakelbare polarisatie in een nieuwe klasse van silicium-compatibele metaaloxiden en maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van geavanceerde apparaten, waaronder gegevensopslag met hoge dichtheid, elektronica met ultralage energie, flexibele energieoogst en draagbare apparaten.

De studie levert de eerste observatie op van intrinsieke ferro-elektriciteit op nanoschaal in dunne films van magnesium-gesubstitueerde zinkoxide (dunne films van metaaloxide met eenvoudige wurtziet-kristalstructuren).

Ferro-elektrische materialen, vergelijkbaar met magneten, vertonen een overeenkomstige elektrische eigenschap die bekend staat als permanente elektrische polarisatie en die voortkomt uit elektrische dipolen met gelijke maar tegengesteld geladen uiteinden of polen.

De polarisatie kan herhaaldelijk worden gewijzigd tussen twee of meer equivalente toestanden of richtingen wanneer deze wordt blootgesteld aan een extern elektrisch veld en daarom worden de schakelbare polaire materialen actief overwogen voor talrijke technologische toepassingen, waaronder snel nano-elektronisch computergeheugen en energiezuinige elektronische apparaten.

"De onderzoeksresultaten bieden significante inzichten in de schakelbare polarisatie in een nieuwe klasse van veel eenvoudiger silicium-compatibele metaaloxiden met wurtziet-kristalstructuren en leggen een basis voor de ontwikkeling van geavanceerde apparaten", zegt corresponderende en laatste auteur Dr. Pankaj Sharma, docent aan de Flinders Universiteit.

"Het gedemonstreerde materiaalsysteem biedt zeer reële en belangrijke implicaties voor nieuwe technologie en vertaalbaar onderzoek", zegt corresponderende auteur UNSW Sydney Professor Jan Seidel.

Historisch gezien is gebleken dat deze technologisch belangrijke eigenschap bestaat in complexe perovskietoxiden die een reeks overgangsmetaalkationen bevatten, wat leidt tot diverse fysische verschijnselen zoals multiferroiciteit, magnetisme of zelfs supergeleiding.

"Maar het integreren van deze complexe oxiden in de productieprocessen van halfgeleiders is een aanzienlijke uitdaging geweest vanwege de strenge verwerkingseisen die bijvoorbeeld verband houden met het thermisch budget en de nauwkeurige controle van meerdere samenstellende elementen. De huidige studie biedt daarom een ​​mogelijke oplossing", zegt eerst auteur Haoze Zhang (UNSW, Sydney).

Meer informatie: Haoze Zhang et al., Robuuste schakelbare polarisatie en gekoppelde elektronische kenmerken van met magnesium gedoteerd zinkoxide, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c04937

Journaalinformatie: ACS Nano

Aangeboden door Flinders University