Fysikere opdager nyt todimensionelt materiale

Forskere fra University of Arkansas er en del af et internationalt hold, der har opdaget et todimensionelt ferroelektrisk materiale, der kun er to atomer tykt.

Todimensionelle materialer er ultratynde membraner, der lover nye optoelektroniske, termisk, og mekaniske applikationer, inklusive ultratynde datalagringsenheder, der både kan foldes sammen og være tætte på oplysninger.

Ferroelektriske materialer er dem med et iboende dipolmoment - et mål for adskillelsen af ​​positive og negative ladninger - som kan omskiftes af et elektrisk felt, sagde Barraza-Lopez. "For eksempel, et enkelt vandmolekyle har også et iboende elektrondipolmoment, men den termiske bevægelse af individuelle vandmolekyler under almindelige forhold (f.eks. i en vandflaske) forhindrer dannelsen af ​​et iboende dipolmoment over makroskopiske afstande."

Der har været et kraftigt skub fra forskere for at implementere atomisk tynde, todimensional ferroelektrik inden for de seneste fem år, han sagde. Det nye materiale opdaget af holdet, et tin selenid monolag, er kun det tredje todimensionelle ferroelektriske materiale, der tilhører den kemiske familie af gruppe-IV monochalcogenider, som hidtil er blevet eksperimentelt dyrket. Ud over U of A-forskere inkluderede holdet forskere fra Max Planck Institute for Microstucture Physics i Tyskland og Beijing Academy of Quantum Information Sciences i Kina. Opdagelsen blev beskrevet i et papir offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver .

Ved hjælp af et scanningstunnelmikroskop, forskere skiftede elektron-dipolmomentet af tinselenid-monolag dyrket på et grafitisk substrat. Beregninger udført af U af A kandidatstuderende Brandon Miller bekræftede en meget orienteret vækst af dette materiale på et sådant substrat.

Den eksperimentelle implementering af disse materialer hjælper med at bekræfte teoretiske forudsigelser, der ligger til grund for virkelig ny fysisk adfærd. For eksempel, disse halvledende ferroelektriske materialer gennemgår faseovergange induceret af temperatur, hvor deres iboende elektriske dipol er quenchet (individuelle iboende elektriske dipoler fluktuerer som de gør i vand); de er også vært for ikke-lineære optiske effekter, der kunne være nyttige til ultrakompakte optoelektronikapplikationer.