As propriedades que tornam materiais como os semicondutores tão procurados resultam da forma como os seus átomos estão ligados, e a compreensão destas configurações atómicas pode ajudar os cientistas a conceber novos materiais ou a utilizar materiais existentes de formas novas e imprevistas.



O cientista de materiais da Rice University, Yimo Han, e colaboradores mapearam agora as características estruturais de um material ferroelétrico 2D feito de átomos de estanho e selênio, mostrando como os domínios – áreas do material nas quais as moléculas são orientadas de forma idêntica – impactam o comportamento do material.

"Os materiais ferroelétricos são amplamente utilizados em aplicações como memórias e sensores, e provavelmente serão cada vez mais úteis para a construção de nanoeletrônica de próxima geração e computação em memória", disse Chuqiao Shi, estudante de pós-graduação da Rice no laboratório Han e autor principal do livro. o estudo publicado na Nature Communications. "Isso ocorre porque os materiais ferroelétricos 2D têm propriedades notáveis ​​e são caracterizados por sua espessura atômica e capacidades aprimoradas de integração."

Em materiais ferroelétricos, as moléculas são polarizadas e também segregam e se alinham com base na polarização. Além disso, os ferroelétricos 2D mudam de forma em resposta a estímulos elétricos – um fenômeno conhecido como flexoeletricidade inversa. No cristal de estanho-selênio que é o foco desta pesquisa, as moléculas se auto-organizam em manchas ou domínios, e o efeito flexoelétrico faz com que elas se movam, dando origem a mudanças estruturais no material que impactam suas propriedades e comportamento.

"É realmente importante compreendermos a intrincada relação entre a estrutura atômica e a polarização elétrica, que é uma característica crítica nos materiais ferroelétricos", disse Han, professor assistente de ciência dos materiais e nanoengenharia. "Essa estrutura dependente de domínio pode ser muito útil para os engenheiros descobrirem como usar melhor o material e confiar em suas propriedades para projetar aplicações."

Ao contrário dos ferroelétricos convencionais, nos quais os átomos são ligados por uma rede rígida, no cristal de selenito de estanho estudado por Han e Shi, as forças que unem os átomos são mais fracas, dando à rede atômica uma qualidade mais flexível e flexível.

"O material pertence a uma classe especial de materiais 2D conhecidos como ferroelétricos de van der Waals, cujas propriedades podem servir para projetar dispositivos e sensores ultrafinos de armazenamento de dados de próxima geração", disse Shi. “As forças de Van der Waals são mais fracas que as ligações químicas – são o mesmo tipo de forças que permitem às lagartixas desafiar a gravidade e escalar paredes.

"As redes suaves no plano deste material 2D, juntamente com forças intercamadas de van der Waals relativamente mais fracas, dão origem a uma paisagem estrutural única. Essas características estruturais distintas geram efeitos exclusivos para ferroelétricos 2D que estão ausentes em suas contrapartes em massa."

O maior grau de flexibilidade ou liberdade da rede atômica na ferroelétrica 2D de van der Waals torna mais difícil mapear a relação entre polarização e estrutura do material.

"Em nosso estudo, desenvolvemos uma nova técnica que nos permite observar simultaneamente a deformação no plano e a ordem de empilhamento fora do plano, algo que as investigações convencionais deste material não conseguiram fazer anteriormente", disse Han. "Nossas descobertas pretendem revolucionar a engenharia de domínio em ferroelétricos 2D van der Waals e posicioná-los como blocos de construção fundamentais no desenvolvimento de dispositivos avançados para o futuro", disse Han.

Nota de correção (07/12/2023):No parágrafo 4, 'flexoeletricidade' foi atualizada para 'flexoeletricidade inversa' para maior precisão."

Mais informações: Chuqiao Shi et al, Deformação dependente de domínio e empilhamento em ferroelétricos bidimensionais de van der Waals, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42947-3
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pela Rice University