Инженеры Мичиганского университета раскрыли механизм, лежащий в основе уникальных свойств нового класса полупроводников — вюртцитовых ферроэлектрических нитридов. Эти материалы обладают способностью удерживать противоположные электрические поляризации без разрушения, что делает их перспективными для разработки энергоэффективной электроники, высокочувствительных сенсоров и устройств преобразования сигналов между различными формами энергии — электрической, оптической и акустической.
Ключ к этим свойствам оказался в неожиданном явлении: при встрече противоположных поляризаций в структуре кристалла возникают разорванные атомные связи. Вместо того чтобы ослаблять материал, они укрепляют его, выполняя роль своеобразного атомного «клея», стабилизирующего электрический баланс.
С помощью передовых методов электронной микроскопии и квантового моделирования команда изучила нитриды скандия и галлия. Они обнаружили, что в точках поляризационного конфликта гексагональная решётка искажается, образуя разорванные связи, которые сближаются и формируют проводящий канал. Этот канал способен пропускать ток в 100 раз сильнее, чем у традиционных транзисторов на основе нитрида галлия. Более того, его проводимость можно настраивать с помощью внешнего электрического поля.
«Это удивительно простое и изящное решение — разорванные связи, которые обычно считались бы дефектами, здесь обеспечивают стабильность материала благодаря геометрии тетраэдров» , — подчеркнул профессор Эммануил Киупакис..По мнению исследователей, такой механизм применим ко всем тетраэдрическим ферроэлектрикам.
Сейчас команда работает над созданием мощных транзисторов для высокочастотных приложений, используя потенциал этих материалов. Все исследования проводились в нанофабрикационной лаборатории Лурье и в Центре материаловедения при Мичиганском университете, где были изготовлены и исследованы образцы.
Ключ к этим свойствам оказался в неожиданном явлении: при встрече противоположных поляризаций в структуре кристалла возникают разорванные атомные связи. Вместо того чтобы ослаблять материал, они укрепляют его, выполняя роль своеобразного атомного «клея», стабилизирующего электрический баланс.
С помощью передовых методов электронной микроскопии и квантового моделирования команда изучила нитриды скандия и галлия. Они обнаружили, что в точках поляризационного конфликта гексагональная решётка искажается, образуя разорванные связи, которые сближаются и формируют проводящий канал. Этот канал способен пропускать ток в 100 раз сильнее, чем у традиционных транзисторов на основе нитрида галлия. Более того, его проводимость можно настраивать с помощью внешнего электрического поля.
«Это удивительно простое и изящное решение — разорванные связи, которые обычно считались бы дефектами, здесь обеспечивают стабильность материала благодаря геометрии тетраэдров» , — подчеркнул профессор Эммануил Киупакис..По мнению исследователей, такой механизм применим ко всем тетраэдрическим ферроэлектрикам.
Сейчас команда работает над созданием мощных транзисторов для высокочастотных приложений, используя потенциал этих материалов. Все исследования проводились в нанофабрикационной лаборатории Лурье и в Центре материаловедения при Мичиганском университете, где были изготовлены и исследованы образцы.
