微米和纳米科技材料

可重写纳米导线革新了微电路

在微型传感器的电路过时或变旧时,传统的方式是更换,但现在有了一种新的方式-更新,这将降低成本和减少浪费。铁电畴壁的独特的电子性质可能是一个很好的解决方案(Nature Materials,“Functional electronic inversion layers at ferroelectric domain walls”)。

畴壁是不同类型的电子序列之间的接口。对畴壁施加电压可以改变优选的电子顺序,使得畴壁移动。这些畴壁可以根据需要制作,移动和擦除,使它们有希望用于下一代电路元件。

先进的电子显微镜让科学家们看到,电子移动到畴壁上,创造出了一个纳米级通道。施加电压可逆地将通道从绝缘转换为导通,这可以用作计算机中二进制开关的0和1。

努力研究可擦写的纳米导线,研究人员通过施加电压(V)来控制二维铁电畴壁的电导率。畴壁表现得像一个电开关。负责这种行为的电荷局限在亚锰酸铒中的几个原子宽度(纳米)的畴壁内,不同区域间的势垒具有不同电子性质。在原子分辨率电子显微镜图像中,正极化(红)和负极化(蓝)在白色区域聚集在一起。 这种极性不匹配形成带正电的(头对头)畴壁。 施加电压将更多的载流子添加到畴壁,从而切换沟道的导电性。

可重写纳米导线革新了微电路

图片来源:Megan Holtz,Dennis Meier和Emily Falco

对于极小的电路来说,可重写的磁畴壁是一个很有希望的途径。用电场可逆地切换导电性是在数字设备中使用这些畴壁的关键步骤。这些器件包括开关,二极管或场效应晶体管。

铁电材料具有可以通过施加电场而改变的自发电排序的性质。在两个不同极化区域相遇的地方,它被称为铁电畴壁。由于它们不寻常的电子特性,并且可以根据需要形成,移动和擦除,所以这些畴壁对于下一代电路元件是有前途的。在“带电”的畴壁处,两个畴之间的极化不匹配迫使在壁上的电荷聚集。

科学家们设想一个晶体管,晶体管的门本身是一个畴壁 – 而且电流是否可以流过畴壁是由畴壁中的电荷控制的。

现在,科学家们已经发现,通过改变所施加的电场,它们可以在阻电或导电之间可逆地切换。使用原子分辨电子显微镜和光谱学手段,他们发现移动到畴壁上的电子仅限于在亚锰酸铒(ErMnO3)中的一到两个重复晶体晶胞。

当两个铁电畴的极化方向指向彼此(头对头)时,在畴壁处标称地形成正电荷的积累。这个正电荷被积累在畴壁内原子上的额外电子所补偿。这些电子被困住了,屏蔽了局部电荷,并不导通。通过施加电场,额外的电子流入到畴壁处的通道中。当所有局部电荷被充分屏蔽后,沟道中的电子在畴壁内自由移动,形成二维导电薄片。

该导电薄片可以用作开关或晶体管。电流不流动时,开关关闭。施加电场使电流通过,开关“接通”。这为开发全畴壁电气设备铺平了道路。

labup (httpss://www.labup.com)免费便捷的实验室管理工具,让您的科研更高效。

你可能还喜欢

发表评论

您的电子邮件地址将不会发布。

此站点使用Akismet来减少垃圾评论。了解我们如何处理您的评论数据