Forskning afslører den spontane polarisering af nye ultratynde materialer

Mange materialer udviser nye egenskaber, når de er i form af tynde film, der kun består af nogle få atomlag. De fleste mennesker kender til grafen, den todimensionelle form af grafit, men tyndfilmsversioner af andre materialer har også potentiale til at lette teknologiske gennembrud.

For eksempel, en klasse af tredimensionelle materialer kaldet gruppe-IV monochalcogenider er halvledere, der fungerer i applikationer såsom termoelektrik og optoelektronik blandt andre. Forskere skaber nu todimensionelle versioner af disse materialer, i håbet om, at de vil tilbyde forbedret ydeevne eller endda nye applikationer.

For nylig, et forskerhold, der omfatter Salvador Barraza-Lopez, lektor i fysik ved U of A og Taneshwor Kaloni, en tidligere post-doc forsker i Barraza-Lopez's laboratorium, har kastet lys over adfærden af ​​et af disse ultratynde materialer kendt som tintellurid (SnTe). Barraza-Lopez og hans kolleger ved Max-Planck Institute of Microstructure Physics i Tyskland, Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Physics og Collaborative Innovation Center of Quantum Matter i Kina og RIKEN Center for Emergent Matter Science i Japan har for nylig offentliggjort en artikel om deres resultater i tidsskriftet Avancerede materialer .

Forskerne brugte et tunnelmikroskop med variabel temperatur til at studere strukturen og polariseringen af ​​SnTe tynde film dyrket på grafensubstrater. De studerede materialet ved en række temperaturer, fra 4,7 Kelvin til over 400 Kelvin. De opdagede, at når SnTe kun er et par atomlag tykt, det danner en lagdelt struktur, der er forskellig fra bulken, rombeformet version af materialet. Arkansas-teamet bidrog til denne forskning ved at levere beregninger, der redegør for den kvantemekaniske natur af disse atomare strukturer, ved hjælp af en metode kendt som tæthedsfunktionel teori.

Atomerne i ultratynde SnTe skaber elektriske dipoler orienteret i modsatte retninger i hvert andet atomlag, hvilket gør materialet antipolært, i modsætning til bulkprøven, hvor alle lag peger i samme retning. I øvrigt, overgangstemperaturen, som er den temperatur, ved hvilken materialet mister denne spontane polarisering, er meget højere end for bulkmaterialet.

"[Disse resultater] understreger potentialet af atomisk tynde g-SnTe-film til udvikling af nye spontane polarisations-baserede enheder, " sagde forskerne i avisen.