p Notícias promissoras para aqueles que apreciam a perspectiva de um chip de uma polegada armazenando vários terabytes de dados, alguma clareza foi trazida para a física confusa dos nanomateriais ferroelétricos. Uma equipe multi-institucional de pesquisadores, liderado por cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) forneceu os primeiros insights em escala atômica sobre as propriedades ferroelétricas dos nanocristais. Essas informações serão críticas para o desenvolvimento da próxima geração de dispositivos de armazenamento de dados não voláteis. p Trabalhando com o microscópio eletrônico de transmissão mais poderoso do mundo, os pesquisadores mapearam as distorções estruturais ferroelétricas em nanocristais de telureto de germânio, um semicondutor, e titanato de bário, um isolante. Esses dados foram então combinados com dados de imagens de polarização holográfica de elétrons para produzir informações detalhadas sobre as estruturas de polarização e limites de escala de ordem ferroelétrica em nanoescala.

p "À medida que reduzimos a nossa tecnologia de dispositivo da microescala para a nanoescala, precisamos de uma melhor compreensão de como as propriedades críticas do material, como comportamento ferroelétrico, são impactados, "diz Paulo Alivisatos, diretor do Berkeley Lab e um dos principais investigadores desta pesquisa. "Nossos resultados fornecem um caminho para desvendar a física fundamental da ferroeletricidade em nanoescala nas menores escalas de tamanho possíveis."

p Alivisatos, que também é o Professor Larry e Diane Bock de Nanotecnologia na Universidade da Califórnia (UC) Berkeley, é o autor correspondente de um artigo que descreve este trabalho na revista Materiais da Natureza intitulado "Ordem ferroelétrica em cristais em escala nanométrica individual." O outro autor correspondente é Ramamoorthy Ramesh, um cientista sênior da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e do Professor Plato Malozemoff de Ciência e Física de Materiais da UC Berkeley.

p Ferroeletricidade é a propriedade pela qual os materiais podem ser eletricamente polarizados, o que significa que eles serão orientados em favor de uma carga elétrica positiva ou negativa. Esta polarização pode ser invertida com a aplicação de um campo elétrico externo, uma propriedade que pode ser explorada para armazenamento de dados não voláteis, semelhante ao uso de materiais ferromagnéticos hoje, mas usando muito menores, dispositivos muito mais densamente compactados.

p "Embora muito progresso tenha sido feito no sentido de compreender as propriedades magnéticas fotofísicas fotofísicas em nanoescala e outras propriedades funcionais, compreender a física básica dos nanomateriais ferroelétricos permanece muito menos avançado, "diz o co-investigador principal Ramesh, que atribui relatórios contraditórios sobre ferroeletricidade em nanoescala em parte à falta de alta qualidade, nanocristais de materiais ferroelétricos que apresentam tamanhos bem definidos, formas e superfícies.

p "Outro problema tem sido a dependência de medições de conjuntos em vez de técnicas de partícula única, ", diz ele." As técnicas de medição de média estatística tendem a obscurecer os mecanismos físicos responsáveis ​​por mudanças profundas no comportamento ferroelétrico em nanocristais individuais. "

p A equipe de pesquisa liderada pelo Berkeley Lab foi capaz de mapear distorções estruturais ferroelétricas em nanocristais individuais, graças aos recursos sem precedentes do TEAM I, que está localizado no Centro Nacional de Microscopia Eletrônica do Berkeley Lab (NCEM). TEAM significa "Microscópio com correção de aberração de elétrons de transmissão". EQUIPE Eu posso resolver imagens de estruturas com dimensões tão pequenas quanto meio angstrom - menos do que o diâmetro de um único átomo de hidrogênio.

p Os mapas produzidos no TEAM I de padrões de distorção ferroelétrica dentro dos nanocristais de telureto de germânio altamente condutores foram comparados com estudos de holografia de elétrons de nanocubos isolantes de titanato de bário. que foram realizadas por colaboradores do Laboratório Nacional de Brookhaven (BNL).

p "A holografia de elétrons é uma técnica de interferometria que usa ondas de elétrons coerentes, "disse o físico do BNL e co-autor do Materiais da Natureza papel Myung-Geun Han. "O disparo de ondas de elétrons focadas através da amostra ferroelétrica cria o que é chamado de mudança de fase, ou um padrão de interferência que revela detalhes da estrutura alvo. Isso produz um holograma de elétrons, que podemos usar para ver diretamente os campos elétricos locais de nanopartículas ferroelétricas individuais. "

p Esses estudos combinados possibilitaram o exame independente das influências do campo despolarizante e da estrutura da superfície e, assim, permitiram que a equipe de pesquisa identificasse os fatores fundamentais que governam a natureza do estado polarizado ferroelétrico em dimensões finitas. Os resultados indicam que um estado ferroelétrico monodomínio com polarização ordenada linearmente permanece estável nesses nanocristais até dimensões de menos de 10 nanômetros. Também, a inversão da polarização em temperatura ambiente foi demonstrada em dimensões de cerca de cinco nanômetros. Abaixo deste limite, o comportamento ferroelétrico desapareceu. Isso indica que cinco nanômetros é provavelmente um limite de tamanho para aplicativos de armazenamento de dados, afirmam os autores.

p "Também mostramos que a coerência ferroelétrica é facilitada em parte pelo controle da morfologia das partículas, que, juntamente com as condições de contorno eletrostáticas, determina a extensão espacial das distorções ferroelétricas cooperativas, "Ramesh diz." Juntos, nossos resultados fornecem um vislumbre das manifestações estruturais e elétricas da ferroeletricidade até seus limites finais. "