Les propriétés qui rendent les matériaux comme les semi-conducteurs si recherchés résultent de la manière dont leurs atomes sont connectés, et la compréhension de ces configurations atomiques peut aider les scientifiques à concevoir de nouveaux matériaux ou à utiliser des matériaux existants de manière nouvelle et imprévue.

Yimo Han, spécialiste des matériaux à l'Université Rice, et ses collaborateurs ont maintenant cartographié les caractéristiques structurelles d'un matériau ferroélectrique 2D composé d'atomes d'étain et de sélénium, montrant comment les domaines (zones du matériau dans lesquelles les molécules sont orientées de manière identique) ont un impact sur le comportement du matériau. /P>

"Les matériaux ferroélectriques sont largement utilisés dans des applications telles que les mémoires et les capteurs, et ils seront probablement de plus en plus utiles pour construire la nanoélectronique et l'informatique en mémoire de nouvelle génération", a déclaré Chuqiao Shi, étudiant diplômé de Rice au laboratoire Han et auteur principal de l'étude. l'étude publiée dans Nature Communications. "C'est parce que les matériaux ferroélectriques 2D possèdent des propriétés remarquables et se caractérisent par leur minceur atomique et leurs capacités d'intégration améliorées."

Dans les matériaux ferroélectriques, les molécules sont polarisées et elles se séparent et s'alignent également en fonction de la polarisation. De plus, les ferroélectriques 2D changent de forme en réponse à des stimuli électriques, un phénomène connu sous le nom de flexoélectricité inverse. Dans le cristal d'étain-sélénium qui fait l'objet de cette recherche, les molécules s'auto-organisent en zones ou domaines, et l'effet flexoélectrique provoque leur déplacement, donnant lieu à des changements structurels dans le matériau qui ont un impact sur ses propriétés et son comportement.

"Il est vraiment important que nous comprenions la relation complexe entre la structure atomique et la polarisation électrique, qui est une caractéristique essentielle des matériaux ferroélectriques", a déclaré Han, professeur adjoint de science des matériaux et de nano-ingénierie. "Cette structure dépendante du domaine peut être très utile aux ingénieurs pour déterminer comment utiliser au mieux le matériau et s'appuyer sur ses propriétés pour concevoir des applications."

Contrairement aux ferroélectriques conventionnels dans lesquels les atomes sont liés par un réseau rigide, dans le cristal d'étain-sélénite étudié par Han et Shi, les forces qui lient les atomes entre eux sont plus faibles, donnant au réseau atomique une qualité plus souple et plus souple.

"Le matériau appartient à une classe spéciale de matériaux 2D connus sous le nom de ferroélectriques de Van der Waals, dont les propriétés pourraient servir à concevoir des dispositifs et des capteurs de stockage de données ultra-minces de nouvelle génération", a déclaré Shi. "Les forces de Van der Waals sont plus faibles que les liaisons chimiques :ce sont les mêmes types de forces qui permettent aux geckos de défier la gravité et d'escalader les murs.

"Les réseaux souples dans le plan de ce matériau 2D, associés aux forces de Van der Waals intercalaires relativement plus faibles, donnent naissance à un paysage structurel unique. Ces caractéristiques structurelles distinctives génèrent des effets exclusifs aux ferroélectriques 2D qui sont absents dans leurs homologues en vrac."

Le plus grand degré de flexibilité ou de liberté du réseau atomique dans les ferroélectriques de van der Waals 2D rend plus difficile la cartographie de la relation entre la polarisation et la structure du matériau.

"Dans notre étude, nous avons développé une nouvelle technique qui nous permet d'examiner simultanément la déformation dans le plan et l'ordre d'empilement hors du plan, ce que les études conventionnelles sur ce matériau n'étaient pas en mesure de faire auparavant", a déclaré Han. "Nos découvertes devraient révolutionner l'ingénierie de domaine dans les ferroélectriques de van der Waals 2D et les positionner comme des éléments fondamentaux du développement de dispositifs avancés pour le futur", a déclaré Han.

Note de correction (12/7/2023) :Au paragraphe 4, « flexoélectricité » a été mise à jour en « flexoélectricité inverse » pour plus de précision."

Plus d'informations : Chuqiao Shi et al, Déformation et empilement dépendant du domaine dans les ferroélectriques bidimensionnels de Van der Waals, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-42947-3

Informations sur le journal : Communications naturelles

Fourni par l'Université Rice