Los materiales 'ferroeléctricos' pueden cambiar entre diferentes estados de polarización eléctrica en respuesta a un campo eléctrico externo. Esta flexibilidad significa que son prometedores para muchas aplicaciones, por ejemplo en dispositivos electrónicos y memoria de computadora. Los materiales ferroeléctricos actuales son muy valorados por su valor térmicoy la estabilidad química y las respuestas electromecánicas rápidas, pero la creación de un material que es escalable a los pequeños tamaños necesarios para tecnologías como los semiconductores a base de silicio CMOS a base de Si ha demostrado ser un desafío.
Ahora, Hiroshi Funakubo y sus colegas del Instituto de Tecnología de Tokio, en colaboración con investigadores de todo Japón, han realizado experimentos para determinar las propiedades ferroeléctricas de un compuesto inorgánico llamado óxido de hafnio HfO 2 por primera vez.Crucialmente, la estructura cristalina de HfO 2 permite que se deposite en películas ultrafinas, lo que significa que puede resultar invaluable para las tecnologías de próxima generación.
Las propiedades ferroeléctricas provienen de la forma y estructura del cristal utilizado. El equipo sabía que un cristal 'ortorrómbico' de HfO 2 probablemente exhibiría ferroelectricidad. El equipo de Funakubo quería determinar la polarización espontánea del material y la temperatura de Curie el punto por encima del cual un material deja de ser ferroeléctrico debido a la reestructuración del cristal. Para hacer esto, necesitaban cultivar un cristal cuidadosamente ordenadoen un sustrato, un proceso conocido como epitaxia, que les daría datos bien definidos a escala atómica.
Los investigadores encontraron que una película epitaxial particular, etiquetada como YHO-7, exhibía ferroelectricidad con una polarización espontánea de 45 μC / cm y una temperatura de Curie de 450 ° C ver imagen. Los resultados experimentales confirman predicciones anteriores utilizando los primeros cálculos de principios.
Desde un punto de vista científico e industrial, una temperatura de Curie de 450 ° C es de gran interés, porque significa que el material podría cumplir funciones para futuras tecnologías. A diferencia de muchos materiales ferroeléctricos existentes, la nueva película delgada muestra compatibilidadcon CMOS basado en Si y es robusto en formas en miniatura.
fondo
Materiales ferroeléctricos
Los materiales ferroeléctricos difieren de otros materiales porque su polarización se puede revertir mediante la aplicación de un campo eléctrico externo en la dirección opuesta a la polarización existente. Esta propiedad proviene de la estructura cristalina específica de los materiales. Los materiales ferroeléctricos son muy valiosos para la próxima generaciónElectrónica. Si bien la ciencia conoce varios materiales ferroeléctricos y ya se utilizan en diferentes aplicaciones, su estructura cristalina no permite reducirlos a una película ultra delgada lo suficientemente pequeña para usar en dispositivos miniaturizados.
El material utilizado por Funakubo y compañeros de trabajo, óxido de hafnio HfO 2 , se había predicho previamente que exhibiría propiedades ferroeléctricas a través de los cálculos del primer principio.Sin embargo, ningún equipo de investigación había confirmado y examinado estas predicciones a través de experimentos.El equipo de Funakubo decidió medir las propiedades del material cuando se depositó en forma de cristal de película delgada sobre un sustrato.La naturaleza precisa de la estructura cristalina permitió a los investigadores determinar por completo las propiedades del material por primera vez.
Su descubrimiento de un cristal epitaxial particular de película delgada de HfO 2 que exhibe ferroelectricidad por debajo de 450 ° C será de gran importancia en el campo.
Implicaciones del estudio actual
El equipo de Funakubo tiene la esperanza de que su nuevo material ferroeléctrico de película delgada tenga aplicaciones en memorias y transistores de acceso aleatorio novedosos, junto con la computación cuántica. Su material también es el primer material ferroeléctrico compatible con semiconductores basados en silicio CMOS basado en Si.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :