พื้นผิว Chiral ใน Ferroelectric Nanoislands

ศาสตราจารย์ แคทเธอรีน ดูบูร์ดิเยอ (เฮิร์ซบี และ FU Berlin) และเพื่อนร่วมงานจาก CEMES-CNRS ในตูลูส มหาวิทยาลัย Picardie ใน Amiens และสถาบัน Jozef Stefan ในลูบลิยานา ได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาใน การสื่อสารธรรมชาติ ที่สำรวจชั้นนาโนไอแลนด์ที่น่าสนใจเป็นพิเศษบนซิลิคอนอย่างละเอียด และสำรวจความเหมาะสมของพวกมันสำหรับการจัดการทางไฟฟ้า

โครงสร้างนาโนที่มีรูปแบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์มีศักยภาพในการนำไปใช้ในนาโนอิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีสารสนเทศในอนาคต อย่างไรก็ตาม การจัดการรูปแบบเหล่านั้นเป็นเรื่องยากมาก ขณะนี้นักวิจัยของ HZB ได้ตรวจสอบชั้นนาโนไอแลนด์ที่มีลักษณะเฉพาะบนซิลิคอนด้วยรูปแบบขั้วโลกแบบหมุนวนที่น่าสนใจของ chiral ซึ่งสามารถรักษาเสถียรภาพและแม้กระทั่งการเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับได้ด้วยสนามไฟฟ้าภายนอก

เฟอร์โรอิเล็กทริกในระดับนาโนแสดงรูปแบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขั้วและหมุนวน (ไครัล) เป็นครั้งคราว ซึ่งสะท้อนถึงฟิสิกส์ที่น่าสนใจและถือเป็นคำมั่นสัญญาสำหรับนาโนอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต พิจารณาพื้นที่จัดเก็บข้อมูลที่มีความหนาแน่นสูงเป็นพิเศษหรือทรานซิสเตอร์สนามผลที่ประหยัดพลังงานอย่างเหลือเชื่อ อย่างไรก็ตาม ความทนทานของพื้นผิวทอพอโลยีเหล่านี้และวิธีการจัดการและควบคุมโดยอินพุตไฟฟ้าหรือออปติคอลภายนอกได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นที่มาของการโต้แย้ง

เกาะนาโนบนซิลิคอน

เราได้ผลิต BaTiO₃ โครงสร้างนาโนที่ก่อตัวเกาะเล็กๆ บนพื้นผิวซิลิกอน

Catherine Dubourdieu ศาสตราจารย์ Helmholtz Center Berlin สำหรับวัสดุและพลังงาน

เกาะนาโนเป็นรูปสี่เหลี่ยมคางหมู โดยมีขนาด 30–60 นาโนเมตร (ด้านบน) และมีโดเมนโพลาไรเซชันที่เสถียร

ด้วยการปรับขั้นตอนแรกของการสร้างทู่แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนอย่างละเอียด เราสามารถกระตุ้นการเกิดนิวเคลียสของเกาะนาโนเหล่านี้ได้–

ดง-จิก คิม นักวิทยาศาสตร์ Helmholtz-Zentrum Berlin

รูปแบบโดเมนศึกษาโดย PFM

สนามไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนกลับระหว่างโดเมนเหล่านี้ได้ กล้องจุลทรรศน์แรงเพียโซเรสตอบสนองแนวตั้งและด้านข้างถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบรูปแบบของโดเมน

ทั้งข้อมูลการวัด PFM และการสร้างแบบจำลองสนามเฟสบ่งชี้ว่ามีโพลาไรเซชันแบบลู่เข้าตรงกลางและลงด้านล่าง ซึ่งเข้ากันได้อย่างลงตัวกับข้อมูลจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบสแกน (STEM)–

อิบูคุน โอลานิยัน, Ph.D. นักศึกษา Helmholtz Center Berlin สำหรับวัสดุและพลังงาน

การสลับแบบย้อนกลับ

นักวิทยาศาสตร์ระบุองค์ประกอบที่หมุนวนรอบแกนนาโนไอส์แลนด์ที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาไคราลิตี

–พื้นผิวมีลักษณะคล้ายกระแสน้ำวนของของเหลวที่ไหลลงสู่ช่องทางแคบ นาโนโดเมนที่บรรจบกันตรงกลางสามารถสลับกลับเป็นนาโนโดเมนที่แยกตัวขึ้นตรงกลางได้โดยใช้สนามไฟฟ้าภายนอก” Dubourdieu อธิบาย

–ในงานนี้ เราได้แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวโทโพโลยีของไครัลสามารถทำให้เสถียรได้โดยการสร้างโครงสร้างนาโนในวิธีที่เหมาะสม“ดูบอร์ดิเยอกล่าวสรุป

ความสามารถในการผลิตและเปลี่ยนแปลงรูปแบบขั้วไครัล การหมุนวน และขั้วไฟฟ้าใน BaTiO₃ โครงสร้างนาโนแสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาที่ดีสำหรับการใช้งานในอนาคต

งานวิจัยนี้ได้รับทุนบางส่วนจาก ERC Advanced Grant LUCIOLE (101098216)

อ้างอิงวารสาร:

โอลานิยัน ไอ. และคณะ– (2024) สถานะเชิงขั้วทอพอโลยีแบบสลับได้ใน BaTiO แบบ epitaxis₃ เกาะนาโนบนซิลิคอน การสื่อสารธรรมชาติ– doi.org/10.1038/s41467-024-54285-z