L'Università del Michigan Svela la Chiave per Nitruri Ferroelettrici Stabili per l'Elettronica Avanzata

Un mistero sconcertante che circonda i nitruri ferroelettrici wurtzite è stato risolto dai ricercatori dell'Università del Michigan. Questi semiconduttori, capaci di mantenere polarizzazioni elettriche opposte, detengono un immenso potenziale per il calcolo a bassa potenza e l'elettronica ad alta frequenza. La scoperta rivela il meccanismo su scala atomica che preserva l'integrità di questi materiali. Il team, guidato da Zetian Mi e Danhao Wang, ha utilizzato la microscopia elettronica avanzata e la modellazione meccanica quantistica. La loro analisi ha scoperto la formazione di fratture su scala atomica alle interfacce dove si incontrano le polarizzazioni positive. Queste fratture creano una nuova configurazione di legami chimici rotti. Questi legami rotti agiscono come serbatoi di elettroni pendenti caricati negativamente, bilanciando l'eccesso di carica positiva elettrostatica. Questa disposizione impedisce al materiale di fratturarsi sotto stress elettrico interno, conferendogli stabilità. Secondo Emmanouil Kioupakis, l'unica organizzazione spaziale degli atomi in unità tetraedriche vincola la distribuzione della carica. Il team ha convalidato i propri risultati utilizzando nitruro di scandio e gallio. La microscopia elettronica ad alta risoluzione ha rivelato distorsioni nella simmetria cristallina esagonale alle giunzioni di dominio. Questi elettroni pendenti formano percorsi altamente conduttivi lungo le pareti del dominio, funzionando come superstrade nanoscopiche per la corrente elettrica. La conduttività di questi percorsi è sintonizzabile, rispondendo ai cambiamenti nel campo elettrico. Questa scoperta ha implicazioni per la progettazione di dispositivi microelettronici, in particolare per i transistor ad effetto di campo (FET). La capacità di controllare queste interfacce di dominio conduttive suggerisce nuove architetture che possono superare i tradizionali design dei transistor. I ricercatori prevedono di perseguire la realizzazione pratica di transistor basati su pareti di dominio. Ciò potrebbe portare a un'era dell'elettronica in cui memoria, elaborazione del segnale e trasduzione sono unificate. Tale integrazione promette di ridurre al minimo il consumo di energia massimizzando al contempo le prestazioni del dispositivo.