Диоксид титана становится сегнетоэлектриком при сжатии до размеров менее 3 нанометров.

Материал, используемый в повседневных товарах, неожиданно проявляет свои свойства на микроскопическом уровне, приобретая электрические характеристики, которые могут изменить будущие микросхемы.

Читайте далее: Проект «Аврора» приближается к бурению 47 скважин на фоне возобновления усилий США в области ядерного топлива.

Что происходит, когда обычный материал сжимается до толщины атомарного масштаба? Группа исследователей проверила эту идею на примере диоксида титана (TiO₂), и то, что они обнаружили дальше, оказалось совершенно неожиданным.

Материал, обычно не обладающий сегнетоэлектрическими свойствами, становился сегнетоэлектрическим, когда его толщина уменьшалась до менее чем 3 нанометров.

Эта трансформация связана со структурными изменениями внутри материала. По мере уменьшения толщины пленок TiO₂ их кристаллическая решетка все больше искажалась, в конечном итоге нарушая симметрию структуры и создавая переключаемую электрическую поляризацию.

Ферроэлектрическая фаза сохранялась вплоть до одного нанометра, что примерно вдвое превышает размер элементарной ячейки TiO₂.

Это важно, потому что сегнетоэлектрические материалы могут менять свою поляризацию под действием внешнего электрического поля и работать при относительно низких напряжениях, что делает их привлекательными для энергоэффективной памяти и логических схем.

«Тот факт, что диэлектрический материал может проходить через ферроэлектрический фазовый переход при уменьшении его размеров до атомного уровня, открывает захватывающие возможности как для физики фазовых переходов, так и для исследования полярных искажений в совершенно новом классе материалов», — сказал Саиф Салахуддин, один из авторов исследования и профессор Калифорнийского университета в Беркли.

Сжатие TiO₂ до атомного масштаба

Сегнетоэлектрические свойства часто исчезают по мере уменьшения толщины материалов, а интеграция сверхтонких сегнетоэлектриков с кремниевой электроникой остается сложной задачей.

Чтобы найти другое решение, исследователи пошли другим путем. Вместо того чтобы уменьшать существующий сегнетоэлектрик, они задались вопросом, может ли обычно несегнетоэлектрический материал стать сегнетоэлектрическим, если его сделать достаточно тонким.

Больше новостей из мира науки

Посмотреть все Научные данные: Исследование Массачусетского технологического института предполагает, что крошечная складка на чипе может удерживать тепло и снижать проводимость в 5 раз.

Sourse: interestingengineering.com