To-dimensionelle multiferroiske i monolag gruppe IV monochalcogenider

Elektroniske enheder er konstant blevet mindre i størrelse og er steget i hastighed og effektivitet, fra miniaturiserede personlige computere til mobiltelefoner i lommestørrelse. Forskere ved Institut for Materialevidenskab og Teknik ved Texas A&M University har opdaget en klasse af todimensionelle (2-D) materialer for at hjælpe med yderligere at reducere størrelsen og forbedre ydeevnen af ​​forskellige enheder.

Dr. Xiaofeng Qian, en adjunkt, og Hua Wang, en kandidatstuderende i afdelingen, blev omtalt i et nyligt nummer af 2-D Materials for deres arbejde i 2-D multiferroiske materialer.

"De fleste 2D-materialer, der er undersøgt indtil videre, har vist en ferroisk karakteristik, " sagde Qian. "Da vi undersøgte gruppe IV monochalcogenid lag, vi opdagede, at disse 2-D materialer har to ferroiske egenskaber samtidigt."

Deres papir "Two-Dimensional Multiferroics in Monolayer Group IV Monochalcogenides" demonstrerer en særlig klasse af todimensionelle halvledere. Disse materialer er specielle på grund af deres evne til at udvise en stor spontan gitterbelastning kaldet ferroelasticitet, og en gigantisk omskiftelig elektrisk polarisation kaldet ferroelektricitet. Disse egenskaber, der optræder samtidigt i monolaggruppe IV monochalcogenider, fører til 2-D ferroelastisk-ferroelektrisk multiferroicitet.

"2-D materialer med mere end én ferroisk karakteristik kan være meget nyttige til miniaturiserede multifunktionelle enheder såsom sensorer og aktuatorer, " sagde Qian. "Men de er meget sparsomme i naturen."

Denne unikke klasse af 2-D multiferroiske materialer kunne være nyttige til 2-D ferroelektrisk hukommelse og ferroelastisk hukommelse, der er så tynde som en nanometer. I enheder i lommestørrelse, dette nye materiale kan hjælpe med at gøre enheden mindre ved at formindske størrelsen af ​​sensorerne og materialerne inde i enheden. De kan også være nyttige til at udforske ferroelektrisk excitonisk fotovoltaik, der drager fordel af både stor ferroelektricitet og ekstraordinær excitonisk optisk absorption.

"Desuden disse 2-D materialer med flere ferroiske ordrer giver en ideel platform til at demonstrere 2-D ikke-flygtig fotonisk hukommelse med meget lavere strømforbrug og med en hurtigere hastighed, " sagde Qian.

I øjeblikket, gruppen arbejder på bedre at forstå de mikroskopiske mekanismer i domænevæggens bevægelse og opdage andre nye 2-D multiferroiske materialer.

"Vores ultimative mål i dette projekt er at designe multiferroicitet til 2-D materialer, " sagde Qian. "Vi ønsker også at være i stand til at finjustere og kontrollere deres multiferroicitet til en række elektroniske, optiske og energianvendelser."

Resultaterne af duoens arbejde vil give nye muligheder for 2-D multifunktionel materialeforskning mod miniaturiserede energieffektive applikationer.

"Mange interessante egenskaber og potentielle anvendelser er blevet opdaget i 2-D materialer og deres hybride strukturer. Der er en masse nye fascinerende egenskaber, der venter på at blive opdaget, " sagde Qian. "Det er så heldigt og spændende at arbejde i dette felt og forstå deres fundamentale og implikationer for fremtidige enheds- og energiteknologier."