Un nuevo estudio dirigido por RMIT apila dos tipos diferentes de materiales 2D para crear un material híbrido que proporciona propiedades mejoradas.

Este material híbrido posee valiosas propiedades para su uso en futuras memorias y dispositivos electrónicos como televisores, computadoras y teléfonos. Lo más significativo es que las propiedades electrónicas de la nueva estructura apilada se pueden controlar sin necesidad de tensión externa, lo que abre el camino para su uso en futuros transistores de baja energía.

El resultado es un nuevo material potencial para nanodispositivos multiferroicos, como transistores de efecto de campo y dispositivos de memoria, que podrían funcionar con mucha menos energía que la electrónica actual basada en silicio, además de reducir el tamaño de los componentes electrónicos.

Bloques de construcción atómicamente delgados

El trabajo utiliza una estructura compuesta por dos materiales atómicamente delgados:una película de un material ferroeléctrico y otra película de un material magnético. (Tal estructura de dos o más materiales diferentes se denomina "heteroestructura".)

Al apilar los dos materiales 2D, los investigadores crean un material "multiferroico" que combina las propiedades únicas de los materiales ferroeléctricos y ferromagnéticos componentes.

• Los materiales ferromagnéticos (o magnéticos) son familiares, como materiales con un magnetismo intrínseco permanente, como el hierro. En los materiales ferromagnéticos, el espín de los electrones se puede alinear para formar un fuerte campo magnético (esto es lo que significa que se pueden "magnetizar").
• Los materiales ferroeléctricos pueden considerarse la analogía eléctrica de los materiales ferromagnéticos, con su polarización eléctrica permanente que se asemeja a los polos norte y sur de un imán.
• Los materiales multiferroicos son simplemente aquellos que exhiben más de una propiedad ferroica (en este caso, ferromagnetismo y ferroelectricidad).

Específicamente, los investigadores descubrieron que podían usar las propiedades ferroeléctricas intrínsecas para ajustar la altura de la barrera de Schottky del In₂ Se₃ /Fe₃ Obtener₂ heteroestructura en lugar de usar tensión aplicada, que es requerida por otros sistemas. (La barrera de Schottky es una diferencia de energía creada al unir un metal con un semiconductor).

Es necesario poder ajustar la altura de la barrera para convertir la corriente alterna (CA) a directa (CC) para su uso en componentes electrónicos como los diodos que se encuentran en televisores, computadoras y otros dispositivos electrónicos cotidianos.

La estructura de barrera Schottky conmutable resultante puede formar un componente esencial en un transistor de efecto de campo (FET) bidimensional que puede operarse cambiando la polarización ferroeléctrica intrínseca, en lugar de aplicar tensión externa.

Conmutación sin esfuerzo externo

Este trabajo emplea una heteroestructura de dos monocapas 2D:In₂ Se₃ y Fe₃ Obtener₂ (generalmente abreviado como "FGT'), donde In₂ Se₃ es un semiconductor ferroeléctrico y FGT es un material magnético/ferromagnético.

"Nuestros hallazgos muestran que In₂ Se₃ /FGT proporciona propiedades comparables a otras heteroestructuras pero sin la necesidad de tensión externa", dice la autora correspondiente, la profesora Michelle Spencer. "No solo podemos controlar la altura de la barrera con esta heteroestructura, sino que también podemos cambiar entre un tipo n y p- tipo barrera de Schottky."

Tal capacidad de control y ajuste del In₂ Se₃ La heteroestructura /FGT puede ampliar sustancialmente su potencial de dispositivo en futuros dispositivos electrónicos de bajo consumo.

"Encontramos un cambio significativo en las propiedades estructurales y electrónicas cambiando entre las configuraciones de In₂ Se₃ . Dichos cambios hacen que esta heteroestructura sea útil como un dispositivo de diodo Schottky 2D conmutable", dijo la autora principal, la Dra. Maria Javaid.

De la teoría al laboratorio

El hallazgo es directamente aplicable a la misión de FLEET hacia una nueva generación de tecnologías de energía ultrabaja más allá de la electrónica CMOS.

Además de presentar una nueva vía posible hacia los nanodispositivos multiferroicos, el trabajo motivará a los experimentadores en este campo a explorar nuevas oportunidades para el uso de In₂ Se₃ /FGT en futuros dispositivos electrónicos de bajo consumo, por ejemplo:

• Sintetizar una nueva heterounión multiferroica que tiene la capacidad de "sintonizar" la altura de la barrera de Schottky y cambiar entre un tipo n y un tipo p mediante un cambio en la polarización ferroeléctrica.
• Explorando heteroestructuras de In₂ Se₃ con otros materiales ferromagnéticos.