Un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Grafeno (NGI) de la Universidad de Manchester y el Laboratorio Nacional de Física (NPL) ha demostrado que los dicalcogenuros de metales de transición (TMD) 2D ligeramente retorcidos muestran ferroelectricidad a temperatura ambiente.

Esta característica, combinada con las excelentes propiedades ópticas de los TMD, se puede utilizar para construir dispositivos optoelectrónicos multifuncionales, como transistores y LED, con funciones de memoria integradas en una escala de longitud nanométrica.

Los ferroeléctricos son materiales con dos o más estados eléctricamente polarizables que pueden cambiarse de manera reversible con la aplicación de un campo eléctrico externo. Esta propiedad del material es ideal para aplicaciones como memoria no volátil, dispositivos de microondas, sensores y transistores. Hasta hace poco, la ferroelectricidad conmutable fuera del plano a temperatura ambiente solo se había logrado en películas de más de 3 nanómetros de espesor.

Heteroestructuras 2D

Desde el aislamiento del grafeno en 2004, los investigadores de todo el mundo académico han estudiado una variedad de nuevos materiales 2D con una amplia gama de propiedades interesantes. Estos cristales 2D atómicamente delgados se pueden apilar uno encima del otro para crear las llamadas heteroestructuras:materiales artificiales con funciones personalizadas.

Más recientemente, un equipo de investigadores de NGI, en colaboración con NPL, demostró que por debajo de un ángulo de giro de 2 ^o , las redes atómicas se reconstruyen físicamente para formar regiones (o dominios) de bicapas perfectamente apiladas separadas por límites de tensión acumulada localmente. Para dos monocapas apiladas paralelamente entre sí, se crea un patrón de mosaico de dominios triangulares reflejados en espejo. Lo que es más importante, los dos dominios vecinos tienen una simetría cristalina asimétrica, lo que provoca una asimetría en sus propiedades electrónicas.

Conmutación ferroeléctrica a temperatura ambiente

En el trabajo, publicado en Nature Nanotechnology , el equipo demostró que la estructura de dominio creada con torsión de ángulo bajo aloja ferroelectricidad interfacial en TMD bicapa. La microscopía de fuerza con sonda Kelvin reveló que los dominios vecinos tienen polarización opuesta y las mediciones de transporte eléctrico demostraron una conmutación ferroeléctrica confiable a temperatura ambiente.

El equipo pasó a desarrollar una técnica de microscopio electrónico de barrido (SEM) con contraste mejorado, utilizando la señal de electrones retrodispersados. Esto hizo posible aplicar un campo eléctrico in situ mientras se obtienen imágenes de los cambios en la estructura del dominio de una manera no invasiva, lo que proporciona información esencial sobre cómo funciona el mecanismo de cambio de dominio. Se descubrió que los límites que separan los dominios polarizados opuestos se expanden y contraen según el signo del campo eléctrico aplicado y conducen a una redistribución significativa de los estados polarizados.

Este trabajo demuestra claramente que el grado de libertad de torsión puede permitir la creación de dispositivos optoelectrónicos atómicamente delgados con propiedades personalizadas y multifuncionales.

Amplia gama de materiales 2D personalizados

La autora principal, Astrid Weston, dice que "es muy emocionante que podamos demostrar que esta simple herramienta de torsión puede diseñar nuevas propiedades en cristales 2D. Con la amplia variedad de cristales 2D para elegir, nos brinda un alcance casi ilimitado para crear cristales perfectamente adaptados". materiales artificiales".

El coautor, el Dr. Eli G Castanon, agregó que "poder observar el patrón y el comportamiento de los dominios ferroeléctricos en estructuras que tienen un grosor nanométrico con KPFM y SEM fue muy emocionante. El avance de las técnicas de caracterización junto con las amplias posibilidades para la formación de Las heteroestructuras novedosas de materiales 2D allanan el camino para lograr nuevas capacidades a nanoescala para muchas industrias". + Explora más

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