Eksperimenter beviser metallisk ledningsevne på nanoskala i ferroelektrik

(PhysOrg.com) -- Udsigten til elektronik på nanoskala kan være endnu mere lovende med den første observation af metallisk ledningsevne i ferroelektriske nanodomæner af forskere ved Oak Ridge National Laboratory.

Ferroelektriske materialer, som skifter deres polarisering ved anvendelse af et elektrisk felt, har længe været brugt i enheder som ultralydsmaskiner og sensorer. Nu, opdagelser om ferroelektriks elektroniske egenskaber åbner op for anvendelsesmuligheder inden for nanoskalaelektronik og informationslagring.

I et papir offentliggjort i American Chemical Society's Nano bogstaver , det ORNL-ledede hold demonstrerede metallisk ledningsevne i en ferroelektrisk film, der ellers fungerer som en isolator. Dette fænomen med en isolator-metal-overgang blev forudsagt for mere end 40 år siden af ​​teoretikere, men har unddraget sig eksperimentelt bevis indtil nu.

"Denne opdagelse identificerer utvetydigt en ny ledningskanal, der perkolerer gennem den isolerende matrix af det ferroelektriske, som åbner potentielt spændende muligheder for at 'skrive' og 'slette' kredsløb med nanoskaladimensioner, " sagde hovedforfatter Peter Maksymovych fra ORNL's Center for Nanophase Materials Sciences.

Fra et anvendt perspektiv, evnen til kun at bruge et elektrisk felt som en knap, der tuner både størrelsen af ​​metallisk ledningsevne i en ferroelektrisk og typen af ​​ladningsbærere er særligt spændende. At gøre sidstnævnte i en halvleder ville kræve en ændring af materialesammensætningen.

"Vi kan ikke kun slå metallisk ledningsevne til, men hvis du bliver ved med at ændre bias-skiverne, du kan styre adfærden meget præcist, " sagde Maksymovych. "Og jo mindre nanodomænet er, jo bedre leder den. Alt dette sker i nøjagtig samme position af materialet, og vi kan gå fra en isolator til et bedre metal eller et dårligere metal med et hjerteslag eller hurtigere. Dette er potentielt attraktivt for applikationer, og det fører også til interessante grundlæggende spørgsmål om den nøjagtige mekanisme for metallisk ledningsevne."

Selvom forskerne fokuserede deres undersøgelse på en velkendt ferroelektrisk film kaldet bly-zirkonat titanat, de forventer, at deres observationer vil gælde for en bredere vifte af ferroelektriske materialer.

"Vi forventer også, at vi udvider vores undersøgelser til multiferroics, blandet fase og anti-ferroelektrik vil afsløre en hel familie af hidtil ukendte elektroniske egenskaber, banebrydende både inden for grundlæggende og applikationer, " sagde medforfatter og seniorforsker fra ORNL Sergei Kalinin.