Een raadselachtig mysterie rond wurtziet ferro-elektrische nitriden is opgelost door onderzoekers van de Universiteit van Michigan. Deze halfgeleiders, die in staat zijn om tegengestelde elektrische polarisaties te handhaven, bieden een enorm potentieel voor energiezuinige computers en hoogfrequente elektronica. De ontdekking onthult het atomair-schaal mechanisme dat de integriteit van deze materialen behoudt.
Het team, onder leiding van Zetian Mi en Danhao Wang, maakte gebruik van geavanceerde elektronenmicroscopie en kwantummechanische modellering. Hun analyse onthulde de vorming van atomair-schaal fracturen op interfaces waar positieve polarisaties samenkomen. Deze fracturen creëren een nieuwe configuratie van gebroken chemische bindingen.
Deze gebroken bindingen fungeren als reservoirs van negatief geladen zwevende elektronen, die de elektrostatische overmaat aan positieve lading compenseren. Deze opstelling voorkomt dat het materiaal breekt onder interne elektrische spanning, waardoor het stabiliteit krijgt. Volgens Emmanouil Kioupakis beperkt de unieke ruimtelijke organisatie van atomen in tetraëdrische eenheden de ladingsverdeling.
Het team valideerde hun bevindingen met behulp van scandium galliumnitride. Hoge-resolutie elektronenmicroscopie onthulde vervormingen in de hexagonale kristalsymmetrie bij domeinovergangen. Deze zwevende elektronen vormen zeer geleidende paden langs de domeinwanden, die functioneren als nanoschaal superwegen voor elektrische stroom.
De geleidbaarheid van deze paden is afstembaar en reageert op veranderingen in het elektrische veld. Deze ontdekking heeft implicaties voor het ontwerp van micro-elektronische apparaten, met name voor veldeffecttransistors (FET's). Het vermogen om deze geleidende domeininterfaces te regelen, suggereert nieuwe architecturen die beter kunnen presteren dan traditionele transistorontwerpen.
Onderzoekers zijn van plan om de praktische realisatie van domeinwand-gebaseerde transistors na te streven. Dit zou kunnen leiden tot een tijdperk van elektronica waarin geheugen, signaalverwerking en transductie zijn verenigd. Een dergelijke integratie belooft het stroomverbruik te minimaliseren en tegelijkertijd de prestaties van het apparaat te maximaliseren.