Zagadkowa tajemnica otaczająca azotki ferroelektryczne wurcytu została rozwiązana przez naukowców z Uniwersytetu Michigan. Te półprzewodniki, zdolne do utrzymywania przeciwnych polaryzacji elektrycznych, mają ogromny potencjał dla energooszczędnych obliczeń i elektroniki wysokiej częstotliwości. Odkrycie ujawnia mechanizm w skali atomowej, który zachowuje integralność tych materiałów.
Zespół, kierowany przez Zetian Mi i Danhao Wang, wykorzystał zaawansowaną mikroskopię elektronową i modelowanie mechaniki kwantowej. Ich analiza ujawniła tworzenie się pęknięć w skali atomowej na interfejsach, gdzie spotykają się polaryzacje dodatnie. Pęknięcia te tworzą nową konfigurację zerwanych wiązań chemicznych.
Te zerwane wiązania działają jak rezerwuary ujemnie naładowanych, wiszących elektronów, równoważąc elektrostatyczny nadmiar ładunku dodatniego. Ten układ zapobiega pękaniu materiału pod wpływem wewnętrznego naprężenia elektrycznego, zapewniając mu stabilność. Według Emmanouila Kioupakisa, unikalna przestrzenna organizacja atomów w jednostkach tetraedrycznych ogranicza rozkład ładunku.
Zespół zweryfikował swoje odkrycia za pomocą azotku skandu i galu. Mikroskopia elektronowa o wysokiej rozdzielczości ujawniła zniekształcenia w heksagonalnej symetrii kryształu na złączach domen. Te wiszące elektrony tworzą wysoce przewodzące ścieżki wzdłuż ścian domen, działając jako nanostrukturalne autostrady dla prądu elektrycznego.
Przewodność tych ścieżek jest regulowana, reagując na zmiany w polu elektrycznym. Odkrycie to ma implikacje dla projektowania urządzeń mikroelektronicznych, szczególnie dla tranzystorów polowych (FET). Możliwość kontrolowania tych przewodzących interfejsów domen sugeruje nowe architektury, które mogą przewyższać tradycyjne konstrukcje tranzystorów.
Naukowcy planują dążyć do praktycznej realizacji tranzystorów opartych na ścianach domen. Może to doprowadzić do ery elektroniki, w której pamięć, przetwarzanie sygnałów i transdukcja są zunifikowane. Taka integracja obiecuje zminimalizować zużycie energii, jednocześnie maksymalizując wydajność urządzenia.