Как миниатюризация тонких пленок открывает новые возможности в наноэлектронике?

Исследователи из Университета Райса совершили прорыв в изучении релаксорных сегнетоэлектриков, обнаружив неожиданное улучшение свойств материала при его сверхтонком состоянии. Команда под руководством Лейна Мартина, директора Института передовых материалов Райса, сфокусировалась на изучении титаната-ниобата свинца-магния (PMN-PT).
Как миниатюризация тонких пленок открывает новые возможности в наноэлектронике?
Изображение носит иллюстративный характер

PMN-PT представляет собой керамический материал с уникальными свойствами преобразования механической энергии в электрическую и наоборот. Его широко применяют в медицинской визуализации, сборе энергии, газовых датчиках и наноэлектронике. Особенность материала заключается в наличии полярных нанодоменов – областей размером 5-10 нанометров, где локальные диполи выстраиваются в одном направлении.

Джиеун Ким, ныне доцент Корейского института передовых технологий (KAIST), начала этот проект четыре года назад, будучи аспиранткой в Калифорнийском университете Беркли. Исследователи предполагали, что при уменьшении толщины пленок PMN-PT полярные нанодомены будут сокращаться и исчезать, что приведет к потере полезных свойств материала.

Используя ультраяркие рентгеновские лучи в Национальной лаборатории Аргонн, команда провела синхротронную рентгеновскую дифракцию для изучения атомной структуры истончающегося материала. Дополнительно применялась просвечивающая электронная микроскопия для картирования поляризации с атомарным разрешением и молекулярно-динамическое моделирование.

Неожиданным открытием стало обнаружение «золотой середины» – диапазона толщины около 25-30 нанометров (в 10000 раз тоньше человеческого волоса), где PMN-PT демонстрирует улучшенные характеристики. В этом диапазоне значительно повышается фазовая стабильность материала, то есть его способность сохранять структуру и функциональность.

Это открытие открывает новые перспективы для наноэлектромеханических систем, накопителей энергии, пироэлектрического преобразования энергии и магнитоэлектрических устройств следующего поколения. «Никто точно не знал, что произойдет, если мы уменьшим весь материал до размера нанодоменов», – отметила Джиеун Ким.

Исследователи планируют создавать многослойные структуры из сверхтонких слоев PMN-PT и родственных материалов, формируя новые композиты с уникальными свойствами для энергосбережения, низкоэнергетических вычислений и передовых датчиков. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Nanotechnology, предоставляют инженерам новый путь проектирования устройств на основе сверхтонких пленок релаксорных сегнетоэлектриков.


Новое на сайте

19857Острова как политический побег: от Атлантиды до плавучих государств Питера Тиля 19856Яйца, которые спасли предков млекопитающих от худшего апокалипсиса на Земле? 19855Могут ли омары чувствовать боль, и почему учёные требуют запретить варить их живыми? 19854Премия в $3 млн за первое CRISPR-лечение серповидноклеточной анемии 19853Почему сотрудники игнорируют корпоративное обучение и как это исправить 19852Тинтагель: место силы Артура или красивая легенда? 19851Голоса в голове сказали правду: что происходит, когда галлюцинации ставят диагноз точнее... 19850Куда исчезает информация из чёрных дыр, если они вообще исчезают? 19849Чёрная дыра лебедь Х-1 бросает джеты со скоростью света — но кто ими управляет? 19848Что увидели фотографы над замком Линдисфарн — и почему они закричали? 19847Почему антисептики в больницах могут создавать устойчивых к ним микробов? 19846Правда ли, что курица может жить без головы? 19845Как Оскар Уайльд использовал причёску как оружие против викторианской морали? 19844Назальный спрей против всех вирусов: как далеко зашла наука 19843«Я ещё не осознал, что мы только что сделали»: первая пресс-конференция экипажа Artemis II
Ссылка