Documentos UNSW publicados recientemente Materiales de revisión de la naturaleza Presentamos una visión general emocionante del nuevo campo de materiales ferroeléctricos 2D con estructuras de cristal de van der Waals en capas. Esta es una nueva clase de materiales de baja dimensión de gran interés para la nanoelectrónica del futuro.
Las aplicaciones futuras incluyen electrónica de energía ultrabaja, alto rendimiento, almacenamiento de datos no volátil, optoelectrónica de alta capacidad de respuesta y electrónica flexible (recolección de energía o portátil).
Estructuralmente diferentes de los ferroeléctricos de óxido convencionales con celosías rígidas, los ferroeléctricos de van der Waals (vdW) tienen una estructura estratificada estable debido a una combinación de fuertes fuerzas intracapa y débiles fuerzas intercapa.
Estos arreglos atómicos especiales, combinados con el ordenamiento ferroeléctrico, producen fenómenos y funciones fundamentalmente nuevos que no se encuentran en los materiales convencionales.
“La exfoliación de estos materiales en capas atómicamente delgadas revela propiedades fundamentalmente nuevas”, dijo el autor, el Dr. Dawei Zhang. “Por ejemplo, el origen de la polarización y el mecanismo de conmutación del orden polar pueden diferir de los ferroeléctricos convencionales, lo que permite una funcionalidad de material novedosa”.
Uno de los aspectos más interesantes de estos materiales es su fácil apilamiento debido a la débil unión entre capas de las capas de van der Waals. Es decir, los ferroeléctricos vdW se pueden integrar fácilmente con materiales de estructura cristalina muy diferentes, como los sustratos industriales de silicio, sin problemas de interfaz.
“Este es un bloque de construcción muy atractivo para la electrónica posterior a la Ley de Moore”, dice el profesor Jan Seidel, también de la UNSW.
Desde el punto de vista de las aplicaciones y las nuevas características, los ferroeléctricos vdW son muy deseables debido a su ferroelectricidad a nanoescala fácilmente obtenible y su interfaz vdW limpia sin enlaces colgantes que facilita la integración compatible con CMOS (tecnología de silicio actual) Ofrece una amplia gama de oportunidades para la nanoelectrónica .
Una nueva revisión describe los sistemas ferroeléctricos vdW validados experimentalmente y sus propiedades únicas, como el potencial de pozo cuádruple, la ferroelectricidad metálica y el efecto de bloqueo del dipolo. También describimos la ferroelectricidad vdW diseñada en pilas de matriz no polar creadas al romper artificialmente la centrosimetría.
Además, se presentan aplicaciones de dispositivos innovadores que utilizan ferroelectricidad vdW. Esto incluye transistores electrónicos, memorias no volátiles, dispositivos optoelectrónicos y flexibles que pueden superar los límites termodinámicos fundamentales. Los avances recientes y los desafíos existentes brindan perspectivas sobre futuras direcciones y aplicaciones de investigación.
“Dado que este es un campo relativamente nuevo, aún se deben resolver muchos desafíos para aprovechar todo el potencial tecnológico de estos materiales”, dijo el autor, el Dr. Pankaj Sharma. “Por ejemplo, necesitamos abordar métodos de integración y crecimiento a escala de obleas, uniformes y de gran área que permitan el desarrollo de soluciones informáticas y electrónicas futuristas de baja energía”.
Dada la reciente aparición de los ferroeléctricos vdW, la biblioteca de materiales para tales sistemas está evolucionando rápidamente. Esto deja espacio para nuevos desarrollos, como la multiferroicidad y las características de acoplamiento de múltiples órdenes, como la ferroelectricidad y el magnetismo, así como las características de la pared de dominio en dichos materiales.