Les appareils électroniques ont constamment diminué en taille et augmenté en vitesse et en efficacité, des ordinateurs personnels miniaturisés aux téléphones portables de poche. Des chercheurs du Département des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'Université Texas A&M ont découvert une classe de matériaux bidimensionnels (2D) pour aider à réduire davantage la taille et à améliorer les performances de divers appareils.

Dr Xiaofeng Qian, un professeur assistant, et Hua Wang, un étudiant diplômé du département, ont été présentés dans un récent numéro de 2-D Materials pour leur travail sur les matériaux multiferroïques 2-D.

"La plupart des matériaux 2D étudiés jusqu'à présent ont montré une caractéristique ferroïque, " a déclaré Qian. "Quand nous avons examiné les couches de monochalcogénure du groupe IV, nous avons découvert que ces matériaux 2-D ont simultanément deux caractéristiques ferroïques."

Leur article "Two-Dimensional Multiferroics in Monolayer Group IV Monochalcogenides" démontre une classe spéciale de semi-conducteurs bidimensionnels. Ces matériaux sont spéciaux en raison de leur capacité à présenter une grande déformation spontanée du réseau appelée ferroélasticité, et une polarisation électrique commutable géante appelée ferroélectricité. Ces propriétés apparaissant simultanément dans les monochalcogénures du groupe IV monocouche conduisent à une multiferroïcité ferroélastique-ferroélectrique 2-D.

"Les matériaux 2-D avec plus d'une caractéristique ferroïque peuvent être très utiles pour les dispositifs multifonctionnels miniaturisés tels que les capteurs et les actionneurs, " dit Qian. " Cependant, ils sont très rares dans la nature.

Cette classe unique de matériaux multiferroïques 2D pourrait être utile pour la mémoire ferroélectrique 2D et la mémoire ferroélastique qui sont aussi minces qu'un nanomètre. Dans les appareils de poche, ce nouveau matériau pourrait aider à réduire la taille de l'appareil en diminuant la taille des capteurs et des matériaux à l'intérieur de l'appareil. Ils peuvent également être utiles pour explorer le photovoltaïque excitonique ferroélectrique qui tire parti à la fois d'une grande ferroélectricité et d'une absorption optique excitonique extraordinaire.

"En outre, ces matériaux 2D avec plusieurs ordres ferroïques fournissent une plate-forme idéale pour démontrer la mémoire photonique non volatile 2D avec une consommation d'énergie beaucoup plus faible et à une vitesse plus rapide, " dit Qian.

Actuellement, le groupe travaille à mieux comprendre les mécanismes microscopiques du mouvement de la paroi du domaine et à découvrir d'autres nouveaux matériaux multiferroïques 2D.

"Notre objectif ultime dans ce projet est de concevoir la multiferroïcité dans des matériaux 2D, " a déclaré Qian. "Nous voulons également être en mesure d'affiner et de contrôler leur multiferroïcité pour une variété de composants électroniques, applications optiques et énergétiques.

Les résultats des travaux du duo offriront de nouvelles opportunités pour la recherche de matériaux multifonctionnels en 2D vers des applications miniaturisées à haut rendement énergétique.

"De nombreuses propriétés intéressantes et applications potentielles ont été découvertes dans les matériaux 2D et leurs structures hybrides. Il y a beaucoup de nouvelles propriétés fascinantes à découvrir, " a déclaré Qian. " C'est tellement chanceux et passionnant de travailler dans ce domaine et de comprendre leurs principes fondamentaux et leurs implications pour les futures technologies des appareils et de l'énergie. "