Un grupo de investigación compuesto por el Dr. Takayoshi Sasaki, Miembro de NIMS, Dr. Tatsuo Shibata, investigador postdoctorado, y otros colaboradores del Centro Internacional de Nanoarquitectónica de Materiales del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales ha desarrollado con éxito una nueva tecnología para permitir el crecimiento orientado de películas delgadas de óxido de perovskita de alta calidad, que son materiales funcionales importantes, en orientación preferida seleccionada sobre cualquier tipo de sustrato tal como un sustrato de vidrio.

Muchos de los dispositivos electrónicos y optoelectrónicos avanzados que nos rodean han incorporado componentes utilizando películas delgadas cristalinas hechas de varios materiales funcionales que juegan un papel importante en que los dispositivos logren sus funciones. Óxidos de perovskita, tipificado por titanato de bario, representan una clase de materiales funcionales que proporciona características útiles, como la ferroelectricidad y la piezoelectricidad, y se aplican ampliamente a MEMS, sensores y memoria. Estas características dependen en gran medida de factores como la orientación del cristal, cristalinidad y grado de orientación. Por lo tanto, el control del crecimiento de las películas delgadas plantea un desafío decisivo. Una opción común para el cultivo de alta calidad, Las películas delgadas cristalinas bien orientadas son un crecimiento epitaxial que utiliza sustratos monocristalinos con una estructura cristalina similar a la del cristal objetivo. Sin embargo, las limitaciones de alto costo y tamaño asociadas con el método impiden una aplicación más amplia. El desarrollo de una tecnología que permitirá un crecimiento de cristales de alta calidad bien orientado en un sustrato barato y convencional. como vidrio y plásticos, ha sido esperado con impaciencia.

El grupo de investigación utilizó una biblioteca de nanohojas inorgánicas, que son sustancias similares al grafeno obtenidas exfoliando un compuesto en capas en capas individuales. De la biblioteca, el grupo seleccionó tres tipos de nanohojas de óxido que eran compatibles con la estructura de la orientación deseada, y los ensambló en la superficie de un vidrio u otro sustrato mediante un proceso de solución, eliminar superposiciones y lagunas en la medida de lo posible, para formar una capa inferior ultrafina (capa de semillas) con un grosor de alrededor de 1 nanómetro. Se depositó una fina capa cristalina de óxido de tipo perovskita sobre la capa inferior mediante un proceso en fase de vapor. Como resultado, el grupo logró cultivar películas delgadas mientras controlaba sus orientaciones al (100), Orientaciones (110) y (111), cuáles son las principales orientaciones utilizadas para los cristales de perovskita, para que coincida estructuralmente con la red bidimensional de las respectivas nanohojas. Esta técnica mostró claramente una ventaja adicional de permitir el crecimiento de cristales con un mayor grado de libertad que en las técnicas convencionales. porque a diferencia de una superficie de sustrato monocristalino ordinario, Las nanohojas no tienen enlaces colgantes. Las películas delgadas obtenidas mostraron un rendimiento dieléctrico dos veces o más mayor que las películas delgadas no orientadas, demostrando la efectividad de esta técnica desde el aspecto de mejora funcional.

El resultado de esta investigación hizo posible el crecimiento de películas delgadas de óxido de perovskita, que son materiales funcionales importantes, controlando sus orientaciones, recubriendo la superficie del sustrato con una nanohoja, que se puede considerar como un "papel tapiz estampado con un grosor de nano-nivel". Dado que esta nueva técnica es rentable y altamente universal, ya que permite el uso de sustratos convencionales, como vidrio y plásticos, que no se podían usar antes y que la nanolámina puede recubrirse sobre la superficie del sustrato mediante un proceso de solución a temperatura ambiente, podría tener un efecto dominó sustancial y aportar innovación tecnológica en aplicaciones a MEMS y sensores.

Esta investigación se llevó a cabo como parte del proyecto de investigación " Desarrollo de nanomateriales / procesos de fabricación para productos electrónicos de próxima generación que utilizan nanohojas inorgánicas "(Líder del proyecto:Takayoshi Sasaki) en el" Establecimiento de tecnología de fabricación innovadora basada en Nanotecnología "Área de investigación del Core Research of Evolutional Ciencias &Technology (CREST) ​​de la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología (JST). Este resultado pronto se publicará en Revista de química de materiales C (la Real Sociedad de Química).