En un documento publicado hoy en Avances científicos , los investigadores de UNSW describen la primera observación de un metal ferroeléctrico nativo.
El estudio representa el primer ejemplo de un metal nativo con estados de polarización espontánea biestables y eléctricamente conmutables, el sello distintivo de la ferroelectricidad.
"Encontramos coexistencia de metalicidad nativa y ferroelectricidad en ditellurida de tungsteno cristalino a granel WTe 2 a temperatura ambiente ", explica el autor del estudio, Dr. Pankaj Sharma.
"Demostramos que el estado ferroeléctrico es conmutable bajo un sesgo eléctrico externo y explicamos el mecanismo de 'ferroelectricidad metálica' en WTe 2 a través de un estudio sistemático de la estructura cristalina, mediciones de transporte electrónico y consideraciones teóricas "
"Un material de van der Waals que es tanto metálico como ferroeléctrico en su forma cristalina a temperatura ambiente tiene potencial para nuevas aplicaciones de nanoelectrónica", dice el autor Dr. Feixiang Xiang.
FONDO FERROELÉCTRICO
La ferroelectricidad se puede considerar una analogía con el ferromagnetismo. Un material ferromagnético muestra un magnetismo permanente, y en términos laicos, es simplemente un 'imán' con los polos norte y sur. El material ferroeléctrico también muestra una propiedad eléctrica análoga llamada polarización eléctrica permanente,que se origina en dipolos eléctricos que consisten en extremos o polos iguales pero con carga opuesta. En los materiales ferroeléctricos, estos dipolos eléctricos existen en el nivel de la celda unitaria y dan lugar a un momento dipolo eléctrico permanente que no se desvanece.
Este momento dipolar eléctrico espontáneo se puede cambiar repetidamente entre dos o más estados o direcciones equivalentes tras la aplicación de un campo eléctrico externo, una propiedad utilizada en numerosas tecnologías ferroeléctricas, por ejemplo, memoria de computadora nanoelectrónica, tarjetas RFID, transductores de ultrasonido médicos, cámaras infrarrojas, sonar submarino, sensores de vibración y presión, y actuadores de precisión.
Convencionalmente, se ha observado ferroelectricidad en materiales que son aislantes o semiconductores en lugar de metálicos, porque los electrones de conducción en los metales protegen los campos internos estáticos que surgen del momento dipolar.
EL ESTUDIO
Se publicó un semimetal ferroeléctrico a temperatura ambiente en Avances científicos en julio de 2019.
Ditellurida de tungsteno monocristalino a granel WTe 2 , que pertenece a una clase de materiales conocidos como dichoslcogenuros de metales de transición TMDC, se sondeó mediante mediciones de transporte eléctrico espectroscópico, microscopía de fuerza atómica conductiva c-AFM para confirmar su comportamiento metálico y por fuerza de respuesta piezoeléctricamicroscopía PFM para mapear la polarización, detectando la deformación de la red debido a un campo eléctrico aplicado.
Los dominios ferroeléctricos, es decir, las regiones con dirección de polarización orientada en sentido opuesto, se visualizaron directamente en WTe recién cortado 2 cristales individuales
Las mediciones espectroscópicas de PFM con el electrodo superior en una geometría de condensador se usaron para demostrar la conmutación de la polarización ferroeléctrica.
El estudio fue apoyado por fondos del Consejo de Investigación Australiano a través del Centro de Excelencia ARC en Tecnologías Electrónicas de Baja Energía Futuras FLEET, y el trabajo se realizó en parte utilizando instalaciones de los Nodos NSW de la Instalación Nacional de Fabricación de Australia,con la ayuda del programa de becas del Programa de capacitación en investigación del gobierno australiano.
Los cálculos de la teoría funcional de densidad de primeros principios DFT Universidad de Nebraska confirmaron los hallazgos experimentales de los orígenes electrónicos y estructurales de la inestabilidad ferroeléctrica de WTe 2 , con el apoyo de la National Science Foundation.
ESTUDIOS FERROELÉCTRICOS EN LA FLOTA
Los materiales ferroeléctricos se estudian profundamente en FLEET el Centro de Excelencia ARC en Tecnologías Electrónicas Futuras de Baja Energía por su potencial uso en electrónica de baja energía, más allá de la tecnología CMOS.
El momento dipolar eléctrico conmutable de los materiales ferroeléctricos podría usarse, por ejemplo, como una puerta para el sistema de electrones 2D subyacente en un aislante topológico artificial.
En comparación con los semiconductores convencionales, la proximidad muy cercana sub-nanométrica del momento dipolar electrónico de un ferroeléctrico al gas electrónico en el cristal atómico garantiza una conmutación más efectiva, superando las limitaciones de los semiconductores convencionales donde el canal conductor está enterrado decenas de nanómetrosdebajo de la superficie.
Los materiales topológicos se investigan dentro del tema de investigación 1 de FLEET, que busca establecer rutas electrónicas de resistencia ultra baja con las que crear una nueva generación de electrónica de energía ultra baja.
FLEET es un centro de investigación financiado por ARC que reúne a más de cien expertos australianos e internacionales para desarrollar una nueva generación de productos electrónicos de energía ultra baja, motivados por la necesidad de reducir la energía consumida por la informática.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro de excelencia ARC en futuras tecnologías electrónicas de baja energía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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