Tager kontrol ved krydset

Finjustering af sammensætningen af ​​nitridlegeringer kan fremme udviklingen af ​​optiske og elektroniske grænsefladeenheder.

Styring af de elektroniske egenskaber ved grænsefladen mellem materialer kunne hjælpe i søgen efter forbedringer i computerhukommelsen. KAUST-forskere viser, at variation af atomsammensætningen af ​​bornitrid-baserede legeringer muliggør tuning af en vigtig elektronisk egenskab kendt som polarisering.

Når et elektrisk felt påføres et enkelt atom, det flytter massecentret af skyen af ​​negativt ladede elektroner væk fra den positivt ladede kerne, den omgiver. I et krystallinsk fast stof, disse såkaldte elektriske dipoler af alle atomer kombineres for at skabe elektrisk polarisering.

Nogle materialer udviser en spontan polarisering, selv uden et eksternt elektrisk felt. Sådanne materialer har potentielle anvendelser i computerhukommelse, imidlertid, denne applikation kræver et materialesystem, hvor polarisationen kan kontrolleres. Besøgende studerende Kaikai Liu, hans vejleder Xiaohang Li og kolleger undersøgte en tilgang til polarisationsteknik ved grænsefladen mellem bornitrid-baserede legeringer.

Spontan polarisering er stærkt afhængig af strukturen og sammensætningen af ​​den atomare krystal. Nogle materialer, kendt som piezo electrics, kan ændre polarisering ved fysisk deformation.

KAUST-teamet brugte software kaldet Vienna ab initio Simulation Package til at undersøge de elektroniske egenskaber af de ternære legeringer bor-aluminiumnitrid og bor-galliumnitrid. De så på, hvordan de ændrer sig, når bor erstatter aluminium- og galliumatomer, henholdsvis. "Vi beregnede den spontane polarisering og piezoelektriske konstanter af bornitridlegeringer inden for en nyligt foreslået teoretisk ramme og virkningen af ​​polarisationen ved krydsninger mellem disse to materialer, " siger Liu.

Holdet viste, at den spontane polarisering ændrer sig meget ikke-lineært med stigende borindhold; dette modsiger tidligere undersøgelser, der antager et lineært forhold.

Årsagen til denne ikke -linearitet tilskrives volumendeformationen af ​​legeringens usædvanlige atomstruktur, kendt som wurtzite. Den ikke-lineære ændring af den piezoelektriske polarisation er mindre udtalt, men tydeligt. Dette opstår på grund af den store forskel i atomafstand mellem bornitrid og både aluminiumnitrid og galliumnitrid. Desuden, bor-aluminiumnitrid eller bor-galliumnitrid kan blive ikke-piezoelektrisk, når borindholdet er mere end 87 procent og 74 procent, henholdsvis.

Dette arbejde viser, at et stort udvalg af spontane og piezoelektriske polarisationskonstanter kunne gøres tilgængelige blot ved at ændre borindholdet. Dette kunne være nyttigt til at udvikle optiske og elektroniske forbindelsesanordninger dannet ved grænsefladen mellem konventionelle nitrid-halvledere og enten bor-aluminiumnitrid eller bor-galliumnitrid.

"Vores næste skridt vil være at eksperimentelt teste de foreslåede vejkryds, som vores teori forudsiger kunne have meget bedre enhedsydelse end nuværende tilgange, " siger Liu.