L'Université du Michigan dévoile la clé de la stabilité des nitrures ferroélectriques pour l'électronique avancée

Des chercheurs de l'Université du Michigan ont résolu une énigme déroutante concernant les nitrures ferroélectriques wurtzite. Ces semi-conducteurs, capables de maintenir des polarisations électriques opposées, offrent un potentiel immense pour l'informatique à faible consommation et l'électronique à haute fréquence. La découverte révèle le mécanisme à l'échelle atomique qui préserve l'intégrité de ces matériaux. L'équipe, dirigée par Zetian Mi et Danhao Wang, a utilisé la microscopie électronique avancée et la modélisation mécanique quantique. Leur analyse a révélé la formation de fractures à l'échelle atomique aux interfaces où les polarisations positives se rencontrent. Ces fractures créent une nouvelle configuration de liaisons chimiques rompues. Ces liaisons rompues agissent comme des réservoirs d'électrons pendants chargés négativement, contrebalançant l'excès de charge positive électrostatique. Cet arrangement empêche le matériau de se fracturer sous la contrainte électrique interne, lui conférant ainsi une stabilité. Selon Emmanouil Kioupakis, l'organisation spatiale unique des atomes en unités tétraédriques contraint la distribution des charges. L'équipe a validé ses conclusions en utilisant du nitrure de scandium gallium. La microscopie électronique à haute résolution a révélé des distorsions de la symétrie cristalline hexagonale aux jonctions de domaine. Ces électrons pendants forment des voies hautement conductrices le long des parois de domaine, fonctionnant comme des autoroutes nanométriques pour le courant électrique. La conductivité de ces chemins est réglable, répondant aux changements du champ électrique. Cette découverte a des implications pour la conception de dispositifs microélectroniques, en particulier pour les transistors à effet de champ (FET). La capacité de contrôler ces interfaces de domaine conductrices suggère de nouvelles architectures qui peuvent surpasser les conceptions de transistors traditionnelles. Les chercheurs prévoient de poursuivre la réalisation pratique de transistors basés sur les parois de domaine. Cela pourrait conduire à une ère de l'électronique où la mémoire, le traitement du signal et la transduction sont unifiés. Une telle intégration promet de minimiser la consommation d'énergie tout en maximisant les performances des appareils.