Um novo estudo liderado pelo RMIT empilha dois tipos diferentes de materiais 2D para criar um material híbrido que oferece propriedades aprimoradas.
Este material híbrido possui propriedades valiosas para uso futuro em memórias e dispositivos eletrônicos como TVs, computadores e telefones. Mais significativamente, as propriedades eletrônicas da nova estrutura empilhada podem ser controladas sem a necessidade de tensão externa, abrindo caminho para uso em futuros transistores de baixa energia.

O resultado é um novo material potencial para nanodispositivos multiferróicos, como transistores de efeito de campo e dispositivos de memória, que podem operar usando muito menos energia do que os atuais eletrônicos baseados em silício, além de tornar os componentes eletrônicos menores.

Blocos de construção atomicamente finos

A obra utiliza uma estrutura composta por dois materiais atomicamente finos:um filme de material ferroelétrico e outro filme de material magnético. (Essa estrutura de dois ou mais materiais diferentes é chamada de "heteroestrutura".)

Ao empilhar os dois materiais 2D juntos, os pesquisadores criam um material "multiferróico" que combina as propriedades únicas dos componentes ferroelétricos e ferromagnéticos.

• Materiais ferromagnéticos (ou magnéticos) são familiares, como materiais com um magnetismo intrínseco permanente, como o ferro. Em materiais ferromagnéticos, o spin do elétron pode ser alinhado para formar um campo magnético forte (é isso que significa que eles podem ser "magnetizados").
• Os materiais ferroelétricos podem ser considerados a analogia elétrica aos materiais ferromagnéticos, com sua polarização elétrica permanente semelhante aos pólos norte e sul de um ímã.
• Materiais multiferróicos são simplesmente aqueles que exibem mais de uma propriedade ferroica (neste caso, ferromagnetismo e ferroeletricidade).

Especificamente, os pesquisadores descobriram que poderiam usar as propriedades ferroelétricas intrínsecas para ajustar a altura da barreira Schottky do In₂ Veja₃ / Fe₃ GeTe₂ heteroestrutura em vez de usar tensão aplicada, que é exigida por outros sistemas. (A barreira Schottky é uma diferença de energia criada pela união de um metal com um semicondutor.)

Ser capaz de sintonizar a altura da barreira é necessário para converter a corrente alternada (AC) para direta (DC) para uso em componentes eletrônicos, como diodos encontrados em TVs, computadores e outros dispositivos eletrônicos do dia a dia.

A estrutura de barreira Schottky comutável resultante pode formar um componente essencial em um transistor de efeito de campo bidimensional (FET) que pode ser operado pela comutação da polarização ferroelétrica intrínseca, em vez da aplicação de tensão externa.

Mudança sem esforço externo

Este trabalho emprega uma heteroestrutura de duas monocamadas 2D:Em₂ Veja₃ e Fe₃ GeTe₂ (geralmente abreviado para "FGT'), onde In₂ Veja₃ é um semicondutor ferroelétrico e FGT é um material magnético/ferromagnético.

"Nossas descobertas mostram que o In₂ Veja₃ /FGT fornece propriedades comparáveis ​​a outras heteroestruturas, mas sem a necessidade de tensão externa", diz a autora correspondente Prof Michelle Spencer. "Não apenas podemos controlar a altura da barreira com essa heteroestrutura, mas também podemos alternar entre um tipo n e um p- tipo barreira Schottky."

Tal controlabilidade e sintonização do In₂ Veja₃ A heteroestrutura /FGT pode ampliar substancialmente seu potencial de dispositivo em futuros dispositivos eletrônicos de baixa energia.

"Encontramos uma mudança significativa nas propriedades estruturais e eletrônicas alternando entre as configurações do In₂ Veja₃ . Essas mudanças tornam essa heteroestrutura útil como um dispositivo de diodo Schottky 2D comutável", disse a autora principal, Dra. Maria Javaid.

Da teoria ao laboratório

A descoberta é diretamente aplicável à missão da FLEET em direção a uma nova geração de tecnologias de energia ultrabaixa além da eletrônica CMOS.

Além de introduzir um novo caminho possível para nanodispositivos multiferróicos, o trabalho motivará os experimentalistas neste campo a explorar mais oportunidades para o uso de In₂ Veja₃ /FGT em futuros dispositivos eletrônicos de baixa energia, por exemplo:

• Sintetizando uma nova heterojunção multiferróica que tem a capacidade de "ajustar" a altura da barreira Schottky e alternar entre um tipo n e um tipo p, por meio de um interruptor na polarização ferroelétrica.
• Explorando heteroestruturas de In₂ Veja₃ com outros materiais ferromagnéticos.

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