Une nouvelle étude dirigée par le RMIT associe deux types différents de matériaux 2D pour créer un matériau hybride offrant des propriétés améliorées.

Ce matériau hybride possède des propriétés précieuses pour une utilisation dans les futures mémoires et appareils électroniques tels que les téléviseurs, les ordinateurs et les téléphones. Plus important encore, les propriétés électroniques de la nouvelle structure empilée peuvent être contrôlées sans nécessiter de contrainte externe, ouvrant la voie à une utilisation dans les futurs transistors à faible énergie.

Le résultat est un nouveau matériau potentiel pour les nanodispositifs multiferroïques, tels que les transistors à effet de champ et les dispositifs de mémoire, qui pourraient fonctionner en utilisant beaucoup moins d'énergie que l'électronique actuelle à base de silicium et en réduisant la taille des composants électroniques.

Éléments de construction atomiquement minces

Le travail utilise une structure composée de deux matériaux atomiquement minces :un film d'un matériau ferroélectrique et un autre film d'un matériau magnétique. (Une telle structure de deux matériaux différents ou plus est appelée "hétérostructure".)

En empilant les deux matériaux 2D ensemble, les chercheurs créent un matériau "multiferroïque" qui combine les propriétés uniques des matériaux ferroélectriques et ferromagnétiques composants.

• Les matériaux ferromagnétiques (ou magnétiques) sont familiers, en tant que matériaux avec un magnétisme permanent et intrinsèque, comme le fer. Dans les matériaux ferromagnétiques, le spin des électrons peut être aligné pour former un champ magnétique puissant (ce qui signifie qu'ils peuvent être "magnétisés").
• Les matériaux ferroélectriques peuvent être considérés comme l'analogie électrique avec les matériaux ferromagnétiques, avec leur polarisation électrique permanente ressemblant aux pôles nord et sud d'un aimant.
• Les matériaux multiferroïques sont simplement ceux qui présentent plus d'une propriété ferroïque (dans ce cas, le ferromagnétisme et la ferroélectricité).

Plus précisément, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient utiliser les propriétés ferroélectriques intrinsèques pour régler la hauteur de la barrière Schottky de l'In₂ Se₃ / Fe₃ GeTe₂ hétérostructure plutôt que d'utiliser la contrainte appliquée, qui est requise par d'autres systèmes. (La barrière Schottky est une différence d'énergie créée en joignant un métal à un semi-conducteur.)

Il est nécessaire de pouvoir régler la hauteur de la barrière pour convertir le courant alternatif (CA) en courant continu (CC) pour une utilisation dans les composants électroniques tels que les diodes que l'on trouve dans les téléviseurs, les ordinateurs et autres appareils électroniques de tous les jours.

La structure de barrière Schottky commutable qui en résulte peut former un composant essentiel dans un transistor à effet de champ (FET) bidimensionnel qui peut être actionné en commutant la polarisation ferroélectrique intrinsèque, plutôt qu'en appliquant une contrainte externe.

Commutation sans contrainte externe

Ce travail utilise une hétérostructure de deux monocouches 2D :In₂ Se₃ et Fe₃ GeTe₂ (généralement abrégé en "FGT"), où In₂ Se₃ est un semi-conducteur ferroélectrique et FGT est un matériau magnétique/ferromagnétique.

"Nos résultats montrent que le In₂ Se₃ /FGT fournit des propriétés comparables à d'autres hétérostructures mais sans nécessiter de contrainte externe », déclare l'auteur correspondant, le professeur Michelle Spencer. « Non seulement nous pouvons contrôler la hauteur de la barrière avec cette hétérostructure, mais nous pouvons également basculer entre un type n et p- type barrière Schottky."

Une telle contrôlabilité et accordabilité de l'In₂ Se₃ /L'hétérostructure FGT peut considérablement élargir son potentiel de dispositif dans les futurs dispositifs électroniques à faible consommation d'énergie.

"Nous avons trouvé un changement significatif dans les propriétés structurelles et électroniques en basculant entre les configurations de In₂ Se₃ . De tels changements rendent cette hétérostructure utile en tant que dispositif à diode Schottky 2D commutable", a déclaré l'auteur principal, le Dr Maria Javaid.

De la théorie au laboratoire

La découverte est directement applicable à la mission de FLEET vers une nouvelle génération de technologies à très faible consommation d'énergie au-delà de l'électronique CMOS.

En plus d'introduire une nouvelle voie possible vers les nanodispositifs multiferroïques, les travaux motiveront les expérimentateurs dans ce domaine à explorer d'autres opportunités d'utilisation de In₂ Se₃ /FGT dans les futurs appareils électroniques basse consommation, par exemple :

• Synthétiser une nouvelle hétérojonction multiferroïque capable de "régler" la hauteur de la barrière Schottky et de basculer entre un type n et un type p, via un commutateur de polarisation ferroélectrique.
• Exploration des hétérostructures de In₂ Se₃ avec d'autres matériaux ferromagnétiques.