Автор AZoNano 26 августа 2020 г.

В рамках международной исследовательской группы исследователи из Университета Арканзаса обнаружили двумерный (2D) сегнетоэлектрический материал толщиной всего в два атома.

2D-материалы представляют собой ультратонкие мембраны, которые демонстрируют потенциал для новых механических, тепловых и оптоэлектронных приложений, таких как ультратонкие устройства хранения данных, которые будут как информативными, так и складными.

Сегнетоэлектрические материалы обладают собственным дипольным моментом, который является мерой разделения между положительными и отрицательными зарядами. «Для переключения этого дипольного момента может применяться электрическое поле», – заявил Сальвадор Барраза-Лопес, доцент физики Университета Арканзаса

Например, отдельная молекула воды также обладает собственным дипольным моментом электрона, но тепловое движение отдельных молекул воды в обычных условиях (например, в бутылке с водой) предотвращает создание собственного дипольного момента на макроскопических расстояниях .

Сальвадор Барраза-Лопес, доцент физики, Университет Арканзаса

В последние пять лет исследователи прилагали серьезные усилия для развертывания атомарно тонких двумерных сегнетоэлектриков, добавил он. Новый материал, обнаруженный исследователями, представляет собой монослой селенида олова, который является лишь третьим двумерным сегнетоэлектриком, принадлежащим к химическому семейству монохалькогенидов группы IV, экспериментально разработанным к настоящему времени

.

Помимо исследователей из Университета Арканзаса, в состав группы также входили ученые из Института физики микроструктур Макса Планка в Германии и Пекинской академии квантовых информационных наук в Китае. Об открытии было сообщено в статье, опубликованной в журнале Nano Letters .

Исследователи использовали сканирующий туннельный микроскоп для переключения дипольного момента электронов монослоев селенида олова, сформированных на графитовой подложке. Брэндон Миллер, аспирант Университета Арканзаса, провел расчеты, которые подтвердили высоко ориентированный рост этого материала на такой подложке.

Экспериментальная реализация таких материалов способствует подтверждению теоретических предсказаний, лежащих в основе действительно уникального физического поведения.

Например, такие полупроводниковые сегнетоэлектрические материалы испытывают фазовые переходы, вызванные температурой, которые приводят к гашению их собственного электрического диполя (отдельные собственные электрические диполи колеблются аналогично тому, что они делают в воде). Кроме того, они демонстрируют нелинейные оптические эффекты, которые могут быть полезны для сверхкомпактных приложений оптоэлектроники.

Исследования в Арканзасе финансировались за счет гранта на начало карьеры Барраза-Лопес от Министерства энергетики США, Управления фундаментальных энергетических наук.

Исследователи выполнили расчеты на системе Trestles в Центре высокопроизводительных вычислений Арканзаса при финансовой поддержке грантов Национального научного фонда, Комиссии экономического развития штата Арканзас и Управления вице-провоста по исследованиям и инновациям.

Дальнейшие расчеты были выполнены на системе Кори в Национальном научном компьютерном центре энергетических исследований. Экспериментальными соавторами исследования являются Кай Чанг, Феликс Кюстер, Цзин-Ронг Джи, Цзя-Лу Чжан, Паоло Сесси и Стюарт С. П. Паркин.

Ссылка на журнал:

Барраза-Лопес, С. и Калони, Т. П. (2020) Вода расщепляется для разложения двумерных монохалькогенидов IV группы за наносекунды. ACS Central Science . doi.org/10.1021/acscentsci.8b00589.

Источник: https://www.uark.edu/[19459008visible