Universität Michigan entdeckt Schlüssel zu stabilen ferroelektrischen Nitriden für fortschrittliche Elektronik

Ein rätselhaftes Geheimnis um Wurtzit-ferroelektrische Nitride wurde von Forschern der Universität Michigan gelöst. Diese Halbleiter, die in der Lage sind, entgegengesetzte elektrische Polarisationen aufrechtzuerhalten, bergen ein immenses Potenzial für energiesparendes Rechnen und Hochfrequenzelektronik. Die Entdeckung enthüllt den atomaren Mechanismus, der die Integrität dieser Materialien bewahrt. Das Team unter der Leitung von Zetian Mi und Danhao Wang nutzte fortschrittliche Elektronenmikroskopie und quantenmechanische Modellierung. Ihre Analyse ergab die Bildung von atomaren Brüchen an Grenzflächen, an denen positive Polarisationen aufeinandertreffen. Diese Brüche erzeugen eine neuartige Konfiguration gebrochener chemischer Bindungen. Diese gebrochenen Bindungen wirken als Reservoire negativ geladener, freier Elektronen, die die elektrostatische positive Überschussladung ausgleichen. Diese Anordnung verhindert, dass das Material unter interner elektrischer Spannung bricht, und verleiht ihm Stabilität. Laut Emmanouil Kioupakis schränkt die einzigartige räumliche Anordnung von Atomen in tetraedrischen Einheiten die Ladungsverteilung ein. Das Team validierte seine Ergebnisse mit Scandiumgalliumnitrid. Hochauflösende Elektronenmikroskopie zeigte Verzerrungen in der hexagonalen Kristallsymmetrie an Domänengrenzen. Diese freien Elektronen bilden hochleitfähige Pfade entlang der Domänenwände, die als nanoskalige Superhighways für elektrischen Strom fungieren. Die Leitfähigkeit dieser Pfade ist abstimmbar und reagiert auf Änderungen des elektrischen Feldes. Diese Entdeckung hat Auswirkungen auf das Design mikroelektronischer Bauelemente, insbesondere für Feldeffekttransistoren (FETs). Die Fähigkeit, diese leitfähigen Domänengrenzflächen zu steuern, deutet auf neue Architekturen hin, die herkömmliche Transistordesigns übertreffen können. Die Forscher planen, die praktische Realisierung von Transistoren auf Domänenwandbasis zu verfolgen. Dies könnte zu einer Ära der Elektronik führen, in der Speicher, Signalverarbeitung und Transduktion vereinheitlicht werden. Eine solche Integration verspricht, den Stromverbrauch zu minimieren und gleichzeitig die Geräteleistung zu maximieren.