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

20072Эффект красоты решает исход собеседования до первых слов 20069Как черта характера крадёт деньги на переговорах 20068Карточная игра против главной дисфункции команды 20066Фотосинтез в глазах мышей: возможно ли это без превращения в растение? 20065СПКЯ стало СПМЯ: почему переименование болезни, затрагивающей миллионы женщин, заняло так... 20064Почему великая пирамида Гизы пережила все землетрясения за 4500 лет 20063Генетика Homo erectus: что зубная эмаль рассказала о наших предках 20062Кости в бухте Эребус: что кости моряков Франклина рассказывают спустя полтора века 20061Крупнейший плавучий ветрогенератор в мире: Китай испытывает установку у берегов Шанхая 20060Карие глаза младенца стали индиго после лечения от COVID-19 20058Почему серебряная чаша с Афиной пролежала в немецком лесу две тысячи лет? 20057Дыра в атмосфере солнца: вспышка достигла пика и может зажечь полярное сияние 20056Динго возрастом 950 лет: кто и зачем кормил могилу животного сотни лет?
Ссылка