Universidade de Michigan Descobre a Chave para Nitretos Ferroelétricos Estáveis para Eletrônica Avançada

Um mistério intrigante em torno dos nitretos ferroelétricos wurtzite foi resolvido por pesquisadores da Universidade de Michigan. Esses semicondutores, capazes de manter polarizações elétricas opostas, possuem um imenso potencial para computação de baixo consumo de energia e eletrônica de alta frequência. A descoberta revela o mecanismo em escala atômica que preserva a integridade desses materiais. A equipe, liderada por Zetian Mi e Danhao Wang, utilizou microscopia eletrônica avançada e modelagem mecânica quântica. Sua análise descobriu a formação de fraturas em escala atômica nas interfaces onde as polarizações positivas se encontram. Essas fraturas criam uma nova configuração de ligações químicas quebradas. Essas ligações quebradas atuam como reservatórios de elétrons pendentes carregados negativamente, contrabalançando o excesso de carga positiva eletrostática. Essa disposição impede que o material se fracture sob tensão elétrica interna, concedendo-lhe estabilidade. De acordo com Emmanouil Kioupakis, a organização espacial única dos átomos em unidades tetraédricas restringe a distribuição de carga. A equipe validou suas descobertas usando nitreto de escândio e gálio. A microscopia eletrônica de alta resolução revelou distorções na simetria cristalina hexagonal nas junções de domínio. Esses elétrons pendentes formam caminhos altamente condutores ao longo das paredes do domínio, funcionando como superestradas em nanoescala para corrente elétrica. A condutividade desses caminhos é ajustável, respondendo a mudanças no campo elétrico. Essa descoberta tem implicações para o projeto de dispositivos microeletrônicos, particularmente para transistores de efeito de campo (FETs). A capacidade de controlar essas interfaces de domínio condutoras sugere novas arquiteturas que podem superar os projetos de transistores tradicionais. Os pesquisadores planejam buscar a realização prática de transistores baseados em paredes de domínio. Isso pode levar a uma era da eletrônica onde memória, processamento de sinal e transdução são unificados. Tal integração promete minimizar o consumo de energia, maximizando o desempenho do dispositivo.