Dunste vrijstaande folie ooit met ferro-elektrische eigenschappen

Onderzoekers van het Institute for Future Materials and Systems aan de Universiteit van Nagoya in Japan hebben met succes bariumtitanaat (BaTiO₃) nanosheets met een dikte van 1,8 nanometer, de dunste dikte ooit gemaakt voor een vrijstaande film. Aangezien dikte gerelateerd is aan functionaliteit, openen hun bevindingen de deur naar kleinere, efficiëntere apparaten. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde elektronische materialen.

De ontwikkeling van steeds dunnere materialen met nieuwe elektronische functies is een zeer competitief onderzoeksgebied. Dergelijke apparaten zijn vooral belangrijk in ferro-elektrische materialen, materialen met een polarisatie die kan worden omgekeerd door een elektrisch veld. Dit vermogen om polarisatie om te keren, maakt deze materialen nuttig bij het genereren van geheugen en trillingsenergie.

Naarmate de materialen die in deze apparaten worden gebruikt echter kleiner worden, vertonen ze onverwachte eigenschappen die hun industrieel gebruik bemoeilijken. Een groot probleem is het “grootte-effect”, want wanneer de dikte van het materiaal wordt teruggebracht tot enkele nanometers, verdwijnen de ferro-elektrische eigenschappen.

Nu heeft een team van de afdeling Materiaalchemie van de Universiteit van Nagoya en het Instituut voor Materialen en Systemen voor Duurzaamheid (IMASS), geleid door professor Minoru Osada (hij/hem), met succes defectvrij BaTiO gesynthetiseerd₃ nanosheets met ferro-elektrische eigenschappen met een dikte van 1,8 nm met behulp van een waterige oplossing. Het resultaat is de dunste vrijstaande folie ooit gemaakt. Hoewel dun, vertoont de film ferro-elektrische eigenschappen, wat een belangrijke doorbraak betekent in de fabricage van dunne, ferro-elektrisch actieve films.

“Maar voor BaTiO₃, een typisch ferro-elektrisch materiaal, is het moeilijk om nanosheets te synthetiseren met de conventionele synthetische methode. Daarom was het nodig om een ​​nieuwe synthetische methode te ontwikkelen,” zei Osada. “Over het algemeen de synthese van BaTiO₃ vereist een calcineerproces dat temperaturen van 1.000°C of hoger vereist. Daarentegen hebben we BaTiO gesynthetiseerd₃ nanosheets bij een lage temperatuur van 60°C met behulp van ons proces. Omdat de dikte van de film met deze methode kan worden geregeld door de reactietijd te variëren, werd de synthese van nanosheets met twee tot zes roosters bereikt.”

“Als nanosheets met een dikte van enkele nanometers kunnen worden gesynthetiseerd in ferro-elektriciteit, zullen naar verwachting nieuwe eigenschappen en toepassingen worden ontdekt. ​​Onze bevindingen zouden een belangrijke techniek moeten zijn voor de miniaturisatie van apparaten zoals geheugens en condensatoren, ” vervolgde hij.

“Aangezien bestaande technologieën hun grenzen al hebben bereikt, zowel wat betreft materialen als processen, zijn technieken zoals de onze essentieel. Ze bieden een dramatische verbetering van de prestaties en technologische innovatie door middel van nieuwe materialen en processen.”