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

19521Банковский троян VENON на Rust атакует Бразилию с помощью девяти техник обхода защиты 19520Бонобо агрессивны не меньше шимпанзе, но всё решают самки 19519Почему 600-килограммовый зонд NASA падает на Землю из-за солнечной активности? 19518«Липовый календарь»: как расписание превращает работников в расходный материал 19517Вредоносные Rust-пакеты и ИИ-бот крадут секреты разработчиков через CI/CD-пайплайны 19516Как хакеры за 72 часа превратили npm-пакет в ключ от целого облака AWS 19515Как WebDAV-диск и поддельная капча помогают обойти антивирус? 19514Могут ли простые числа скрываться внутри чёрных дыр? 19513Метеорит пробил крышу дома в Германии — откуда взялся огненный шар над Европой? 19512Уязвимости LeakyLooker в Google Looker Studio открывали доступ к чужим базам данных 19511Почему тысячи серверов оказываются открытой дверью для хакеров, хотя могли бы ею не быть? 19510Как исследователи за четыре минуты заставили ИИ-браузер Perplexity Comet попасться на... 19509Может ли женщина без влагалища и шейки матки зачать ребёнка естественным путём? 19508Зачем учёные из Вены создали QR-код, который невозможно увидеть без электронного... 19507Девять уязвимостей CrackArmor позволяют получить root-доступ через модуль безопасности...
Ссылка