Las propiedades que hacen que materiales como los semiconductores sean tan buscados resultan de la forma en que sus átomos están conectados, y el conocimiento de estas configuraciones atómicas puede ayudar a los científicos a diseñar nuevos materiales o utilizar materiales existentes de maneras nuevas e imprevistas.
El científico de materiales de la Universidad Rice, Yimo Han, y sus colaboradores han mapeado las características estructurales de un material ferroeléctrico 2D hecho de átomos de estaño y selenio, mostrando cómo los dominios (áreas del material en las que las moléculas están orientadas de manera idéntica) impactan el comportamiento del material. /P>
"Los materiales ferroeléctricos se utilizan ampliamente en aplicaciones como memorias y sensores, y probablemente serán cada vez más útiles para construir nanoelectrónica y computación en memoria de próxima generación", dijo Chuqiao Shi, estudiante graduado de Rice en el laboratorio Han y autor principal de el estudio publicado en Nature Communications. "Esto se debe a que los materiales ferroeléctricos 2D tienen propiedades notables y se caracterizan por su delgadez atómica y capacidades de integración mejoradas".
En los materiales ferroeléctricos, las moléculas están polarizadas y también se segregan y alinean según la polarización. Además, los ferroeléctricos 2D cambian de forma en respuesta a estímulos eléctricos, un fenómeno conocido como flexoelectricidad inversa. En el cristal de estaño y selenio en el que se centra esta investigación, las moléculas se autoorganizan en parches o dominios, y el efecto flexoeléctrico hace que se muevan, dando lugar a cambios estructurales en el material que afectan sus propiedades y comportamiento.
"Es realmente importante que comprendamos la intrincada relación entre la estructura atómica y la polarización eléctrica, que es una característica crítica de los materiales ferroeléctricos", dijo Han, profesor asistente de ciencia de materiales y nanoingeniería. "Esta estructura dependiente del dominio puede resultar muy útil para que los ingenieros descubran cómo utilizar mejor el material y confiar en sus propiedades para diseñar aplicaciones".
A diferencia de los ferroeléctricos convencionales en los que los átomos están unidos por una red rígida, en el cristal de selenita de estaño estudiado por Han y Shi, las fuerzas que unen a los átomos son más débiles, lo que le da a la red atómica una calidad más flexible y maleable.
"El material pertenece a una clase especial de materiales 2D conocidos como ferroeléctricos de Van der Waals, cuyas propiedades podrían servir para diseñar sensores y dispositivos de almacenamiento de datos ultrafinos de próxima generación", dijo Shi. "Las fuerzas de Van der Waals son más débiles que los enlaces químicos; son el mismo tipo de fuerzas que permiten a los gecos desafiar la gravedad y escalar paredes.
"Las suaves redes en el plano de este material 2D, junto con fuerzas de van der Waals entre capas relativamente más débiles, dan lugar a un paisaje estructural único. Estas características estructurales distintivas generan efectos exclusivos de los ferroeléctricos 2D que están ausentes en sus homólogos a granel".
El mayor grado de flexibilidad o libertad de la red atómica en los ferroeléctricos 2D de van der Waals hace que sea más difícil trazar la relación entre polarización y estructura del material.
"En nuestro estudio, desarrollamos una nueva técnica que nos permite observar simultáneamente la deformación en el plano y el orden de apilamiento fuera del plano, algo que las investigaciones convencionales de este material no podían hacer anteriormente", dijo Han. "Nuestros hallazgos están destinados a revolucionar la ingeniería de dominio en ferroeléctricos 2D de van der Waals y posicionarlos como componentes fundamentales en el desarrollo de dispositivos avanzados para el futuro", afirmó Han.
Nota de corrección (7/12/2023):En el párrafo 4, 'flexoelectricidad' se ha actualizado a 'flexoelectricidad inversa' para mayor precisión."
Más información: Chuqiao Shi et al, Deformación dependiente del dominio y apilamiento en ferroeléctricos bidimensionales de van der Waals, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42947-3
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad Rice
