At omdanne en knivspids salt til en elektrisk kontakt

Et team af forskere fra University of Liverpool, University College London og University of Zaragoza i Spanien har opdaget en måde at inducere og kontrollere en grundlæggende elektrisk koblingsadfærd på nano-skalaen.

Deres resultater er rapporteret i tidsskriftet Natur nanoteknologi , hvor holdet beskriver, hvordan adskillelse af et atomisk tyndt lag af stensaltmateriale – inklusive almindeligt bordsalt – fra overfladen af ​​metallisk kobber ved at inkludere et atomisk tyndt lag kobbernitrid imellem skaber et lag af såkaldte "elektriske dipoler, " hvis orientering kan skiftes ved at anvende et stort elektrisk felt.

Når de fleste materialer vendes på hovedet, de ser ens ud på atomniveau, og de elektriske ladninger i atomerne kan ikke have en præference for at orientere sig i en bestemt retning. I nogle materialer, imidlertid, denne symmetri er brudt, og disse ladninger kan opstilles og danne elektriske dipoler, som kan skiftes mellem flere orienteringer med et elektrisk felt. Hvis de forbliver i samme retning, efter at det elektriske felt er fjernet, materialet omtales almindeligvis som et ferroelektrisk, som er den elektriske analog til en ferromagnet.

På grund af ferroelektriks iboende switching-adfærd er der en stor interesse i at bruge nanoskala ferroelektrik til en ny form for datalagring med høj tæthed. Imidlertid, de yderste lag af et ferroelektrisk materiale mister ofte deres evne til at skifte, når de er inkorporeret i et elektrisk kredsløb. Dette gør det vanskeligt at skalere ferroelektriske materialer ned til atomær skala.

For at overvinde disse vanskeligheder, forskerne undersøgte, om de nye opståede egenskaber af todimensionelle (2-D) materialer, som kun er nogle få atomlag tykke, kunne udnyttes til at skabe en anden slags dipolært skiftemateriale. Disse materialer, kan have egenskaber, der er dramatisk forskellige fra deres tykkere modparters.

Holdet startede med at danne et atomisk tyndt lag af nitrogen og kobber (kobbernitrid) på overfladen af ​​en kobberkrystal. Oven i købet, de aflejrede et atomisk tyndt lag af stensaltmateriale, specifikt natriumchlorid (almindeligt bordsalt) og kaliumbromid, som ikke har netdipoler.

Professor Mats Persson, fra universitetets afdeling for kemi og papirets teoretiker, sagde:"Dette er en meget spændende udvikling og i modsætning til traditionel visdom om, at det er muligt at have ferroelektrisk-lignende adfærd i atomært, tynde lag i en metalisolatorforbindelse"

Mange af de mest lovende foreslåede applikationer til 2D-materialer involverer at inkorporere dem i elektriske kredsløb, så meget opmærksomhed har været fokuseret på at udføre 2-D materialer. Imidlertid, 2-D isolatorer begynder at spille en stadig vigtigere rolle.

"Ved at stable to 2-D materialer, selv dem, der er isolatorer, vi kan skabe ny adfærd, som ingen af ​​materialerne ville være i stand til at udvise individuelt. Dette åbner et væld af nye muligheder for at udvikle en ny generation af 2-D materialestrukturer." bemærkede Cyrus Hirjibehedin, projektets ledende videnskabsmand.

Artiklen "Elektrisk polariseringsskift i en atomisk tynd binær stensaltstruktur" er udgivet i Natur nanoteknologi .