Một bài báo của UNSW được xuất bản gần đây trên tạp chí Nature Reviews Materials trình bày một cái nhìn tổng quan thú vị về lĩnh vực vật liệu sắt điện 2D mới nổi với cấu trúc tinh thể van-der-Waals phân lớp: một loại vật liệu chiều thấp mới rất thú vị cho điện tử nano trong tương lai.
>> Tham khảo: Công nghệ nhận dạng âm thanh tự động vượt trội so với người nghe trong phòng xử án.
Các ứng dụng trong tương lai bao gồm điện tử năng lượng cực thấp, lưu trữ dữ liệu hiệu suất cao, không bay hơi, quang điện tử có độ phản hồi cao và điện tử linh hoạt (thu năng lượng hoặc có thể đeo được).
Khác biệt về mặt cấu trúc so với sắt điện oxit thông thường có mạng tinh thể cứng, sắt điện van der Waals (vdW) có cấu trúc phân lớp ổn định với sự kết hợp của lực nội lớp mạnh và lực xen kẽ yếu.
Những sự sắp xếp nguyên tử đặc biệt này, kết hợp với trật tự sắt điện, tạo ra những hiện tượng và chức năng mới về cơ bản không tìm thấy trong các vật liệu thông thường.
>> Tham khảo: Các quy trình mới dẫn đến hiệu suất pin sạc tốt hơn.
Tiến sĩ Dawei Zhang, tác giả nghiên cứu cho biết: “Các đặc tính mới về cơ bản được tìm thấy khi các vật liệu này được tách ra thành các lớp mỏng nguyên tử. “Ví dụ, nguồn gốc của sự phân cực và các cơ chế chuyển đổi cho thứ tự phân cực có thể khác với sắt điện thông thường, cho phép chức năng vật liệu mới.”
Một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất của vật liệu này là tính chất dễ dàng xếp chồng lên nhau của chúng do liên kết giữa các lớp van-der-Waals yếu, có nghĩa là chất sắt điện vdW có thể dễ dàng tích hợp với các vật liệu có cấu trúc tinh thể rất khác nhau, chẳng hạn như chất nền silicon công nghiệp, mà không gặp vấn đề về giao diện.
Tác giả giáo sư Jan Seidel, cũng tại UNSW, cho biết: “Điều này làm cho chúng trở nên rất hấp dẫn như những khối xây dựng cho điện tử định luật hậu Moore.
>> Tham khảo: Ô nhiễm không khí đe dọa các phương pháp kiểm soát dịch hại tự nhiên trong canh tác bền vững.
Từ góc độ của các ứng dụng và chức năng mới, sắt điện vdW mang đến nhiều cơ hội cho điện tử nano nhờ tính sắt điện dễ dàng đạt được của chúng ở cấp độ nano và các giao diện vdW sạch, không có liên kết lơ lửng, tạo điều kiện tích hợp tương thích với CMOS (công nghệ silicon hiện tại).
Đánh giá mới thảo luận về các hệ thống sắt điện vdW đã được xác minh bằng thực nghiệm và các đặc điểm độc đáo của chúng, chẳng hạn như điện thế giếng bốn lần, sắt điện kim loại và hiệu ứng khóa lưỡng cực. Nó cũng thảo luận về tính chất sắt điện vdW được thiết kế trong các chồng vật liệu gốc không phân cực được tạo ra bằng cách phá vỡ nhân tạo phép đối xứng tâm.
Ngoài ra, các ứng dụng thiết bị sáng tạo khai thác tính chất sắt điện vdW cũng được trưng bày, bao gồm các bóng bán dẫn điện tử có thể vượt qua các giới hạn nhiệt động cơ bản, bộ nhớ không biến đổi và các thiết bị quang điện tử và linh hoạt. Tiến bộ gần đây và những thách thức hiện tại cung cấp một viễn cảnh về các hướng nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai.
“Đó là một lĩnh vực tương đối mới, vì vậy vẫn còn nhiều thách thức cần được giải quyết để nhận ra tiềm năng công nghệ đầy đủ của những vật liệu này”, tác giả Tiến sĩ Pankaj Sharma cho biết.
>> Tham khảo: Tổ hợp bộ gen mới cho giống lúa mì ‘Fielder’.
“Ví dụ, chúng ta cần giải quyết các phương pháp tích hợp và tăng trưởng quy mô wafer trên diện rộng, đồng đều, diện tích lớn. Những điều này sẽ cho phép phát triển các giải pháp điện toán và điện tử năng lượng thấp trong tương lai.”
Với sự xuất hiện gần đây của sắt điện vdW, thư viện vật liệu của các hệ thống như vậy đang phát triển nhanh chóng. Điều này tạo cơ hội cho những phát triển mới, chẳng hạn như tính đa sắt và các chức năng được kết hợp của nhiều đơn hàng, ví dụ như sắt điện và từ tính, và chức năng của các bức tường miền trong các vật liệu như vậy.
