Físicos e colegas do MIT projetaram uma nova propriedade em uma família bem conhecida de semicondutores, manipulando folhas ultrafinas dos materiais com apenas algumas camadas atômicas de espessura.
O trabalho é importante porque os novos materiais podem ter aplicações interessantes em computação e muito mais. Além disso, a abordagem geral é genérica e pode ser aplicada a outros materiais pré-existentes, ampliando também suas potenciais aplicações.

Os semicondutores são materiais como o silício com condutividade em algum lugar entre os metais, que permitem que os elétrons se movam com muita eficiência, e os isolantes (como o vidro) que impedem o processo. Eles são a pedra angular da indústria de computação.

Os materiais semicondutores envolvidos no trabalho atual são conhecidos como dicalcogenetos de metais de transição (TMDs). A equipe do MIT mostrou que quando duas folhas únicas de um TMD, cada uma com apenas algumas camadas atômicas de espessura, são empilhadas paralelamente uma à outra, o material se torna ferroelétrico. Em um material ferroelétrico, cargas positivas e negativas dirigem-se espontaneamente para diferentes lados, ou polos. Com a aplicação de um campo elétrico externo, essas cargas trocam de lado, invertendo a polarização. Nos novos materiais, tudo isso acontece à temperatura ambiente.

Os TMDs já são bem conhecidos por suas interessantes propriedades elétricas e ópticas. Os pesquisadores acreditam que a interação entre essas propriedades e a ferroeletricidade recém-concedida pode levar a uma variedade de aplicações interessantes.

"Em pouco tempo, conseguimos expandir enormemente a pequena, mas crescente, família de ferroelétricos bidimensionais, um tipo de material fundamental na fronteira em aplicações em nanoeletrônica e inteligência artificial", diz Pablo Jarillo-Herrero, diretor do Cecil e Ida Green Professor de Física e líder do trabalho, que foi relatado em Nature Nanotechnology . Jarillo-Herrero também é afiliado ao Laboratório de Pesquisa de Materiais do MIT.

Além de Jarillo-Herrero, os autores do artigo são Xirui Wang, um estudante de pós-graduação do MIT em física; Kenji Yasuda e Yang Zhang, associados de pós-doutorado do MIT; Song Liu da Universidade de Columbia; Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi, do Instituto Nacional de Ciência dos Materiais, no Japão; James Hone, da Universidade de Columbia, e Liang Fu, professor associado de física do MIT.

Ferroelétricos ultrafinos

No ano passado Jarillo-Herrero e muitos dos mesmos colegas mostraram que quando duas folhas atomicamente finas de nitreto de boro são empilhadas paralelamente uma à outra, o nitreto de boro se torna ferroelétrico. No trabalho atual, os pesquisadores aplicaram a mesma técnica às DTMs.

Ferroelétricos ultrafinos como os criados a partir de nitreto de boro e TMDs podem ter aplicações importantes, incluindo armazenamento de memória de computador muito mais denso. Mas eles são raros. Com a adição dos quatro novos ferroelétricos TMD relatados em Nature Nanotechnology , todos parte da mesma família de semicondutores, "quase dobramos o número de ferroelétricos ultrafinos à temperatura ambiente", diz Xirui Wang. Além disso, ela observou, a maioria dos materiais ferroelétricos são isolantes. "É raro ter um ferroelétrico que seja um semicondutor."

O que vem a seguir?

"Isso não se limita a nitreto de boro e DTMs", diz Kenji Yasuda. "Esperamos que nossa técnica possa ser usada para adicionar ferroeletricidade a outros materiais pré-existentes. Por exemplo, poderíamos adicionar ferroeletricidade a materiais magnéticos?"

Este trabalho foi financiado pelo U.S. Department of Energy Office of Science, o Army Research Office, a Gordon and Betty Moore Foundation, a U.S. National Science Foundation, o Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia (MEXT) do Japão, e a Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência. + Explorar mais

Físicos projetam nova propriedade com grafeno 'branco'