美國科學家在最新一期《科學》雜志上撰文指出，他們研制出了迄今最薄的鐵電材料——半納米厚的二氧化鋯。最新研究為下一代節(jié)能電子設(shè)備的設(shè)計和研制奠定了基礎(chǔ)，也對新型二維材料的開發(fā)具有重要意義。
隨著電子設(shè)備變得越來越小，為其供電的材料也需要變得越來越薄，因此，在開發(fā)下一代節(jié)能電子產(chǎn)品時，科學家們面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是找到在超薄尺寸下仍能保持特殊電子特性的材料。鐵電材料提供了一種有希望的解決方案，其可幫助降低手機和電腦中超小型電子設(shè)備的功耗。
鐵電材料是指在一定溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，且極化方向能被外加電場改變的材料，有望應用于超低功率微電子領(lǐng)域。但傳統(tǒng)鐵電材料在厚度為幾納米左右時，會失去內(nèi)部極化，這意味著其無法與目前的硅技術(shù)兼容。現(xiàn)在，美國加州大學伯克利分?？茖W家在硅上制造出迄今最薄鐵電材料解決了上述問題。
在最新研究中，科學家在只有半納米厚的超薄二氧化鋯層內(nèi)發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定的鐵電性。該團隊直接在硅上生長這種材料，發(fā)現(xiàn)當二氧化鋯(通常是一種非鐵電材料)變得非常纖薄(約1—2納米厚)時，就會產(chǎn)生鐵電性，且在厚度接近極限——約半納米時，鐵電特性繼續(xù)存在，這是科學家們迄今研制出的最薄的鐵電材料。與此同時，他們還通過施加小電壓，來回切換這種超薄材料內(nèi)部電子的極化，展示了迄今最薄硅上工作內(nèi)存，有望為節(jié)能電子產(chǎn)品提供巨大的前景。
研究第一作者、加州大學伯克利分校博士后研究員蘇拉杰·奇埃馬說：“這項工作朝著將鐵電體集成到高規(guī)模微電子領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步，也對設(shè)計新型二維材料具有重要意義。而且，將三維材料擠壓到二維厚度極限，可提供一種有效的方法來解開各種材料內(nèi)隱藏的現(xiàn)象，大大擴展下一代電子產(chǎn)品所用材料與硅技術(shù)兼容的空間。”(科技日報記者 劉霞)
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