Електричний перемикач товщиною в атом зробили з кухонної солі

Шар звичайної кухонної солі (NaCl) товщиною в один-два атома став основою для електричного «нановимикача» - цей шар здатний змінювати діелектричну поляризацію у відповідь на зміну зовнішнього електричного поля, і «запам'ятовувати» її після того, як поле зникає. Цей почесний матеріал може виявитися перспективним для створення електричних ланцюгів і елементів пам'яті, пишуть автори дослідження в статті, опублікованій в.

Матеріали з керованою діелектричною поляризацією є однією з альтернатив магнітним матеріалам при створенні елементів комп'ютерної пам'яті. Зазвичай у цій якості використовують сегнетоелектрики - аналоги ферромагнетиків, в яких утворюються області з узгодженою поляризацією. Однак, оскільки при включенні сегнетоелектричних матеріалів в електричний ланцюг через ефекти екранування заряду поверхневі шари втрачають свої властивості, створення з них тонких плівок вкрай ускладнене. Тому, хоча зараз розроблено багато почесних провідних і напівпровідникових матеріалів, діелектричних атомарно тонких плівок з контрольованою провідністю на сьогоднішній день запропоновано не було.

Хосе Мартінес-Кастро (Jose Martinez-Castro) з університету Женеви і його колеги з Британії та Іспанії запропонували спосіб створення атомарно тонкої плівки з керованою поляризацією на основі хлориду натрію. Для його отримання поверхню мідного електрода покривали шаром нітрида міді (Cu₂N), а зверху наносили один або два шари хлориду натрію. І хлорид натрію, і нітрид міді є діелектриками, при цьому шар нітрида міді може поляризуватися при накладанні зовнішнього поля за рахунок зміщення електронної щільності. Хлорид натрію є іонним кристалом і поляризуватися він може тільки при зміщенні іонів щодо свого рівноважного положення.

У такому матеріалі умови знизу і зверху від шарів хлориду натрію сильно відрізняються, і це призводить до порушення кристалічної симетрії. Асиметрія структури призводить до зрушення позиції іонів щодо їх початкового положення. Хлорид-аніони при цьому виявляються ближче до поверхні, а катіони натрію - глибше занурені всередину матеріалу. Таке зміщення зарядів призводить до появи власної поляризації шару хлориду натрію навіть за відсутності зовнішнього електричного поля.

Виявилося, що крім наявності власної поляризації, для такої структури характерна чутливість до змін зовнішнього електричного поля. Якщо ви увімкнете поле, ви можете змінювати розташування ійонів у горизонті, змінюючи поляризацію плівки. Цікаво, що поляризація при зміні поля має яскраво виражену гістерезу і має залишкову поляризацію, відмінну від початкової при вимкненні поля. Ця властивість може бути вкрай важливою в контексті можливого використання таких плівок для запису інформації.

Аналогічні властивості проявляють і інші іонні кристали, зокрема, в роботі було показано аналогічну поведінку діелектричних шарів броміду калію.

Завдяки тому, що атомарні діелектричні плівки хлориду натрію нанесено на поверхню електрода, то змінювати її поляризацію досить просто. Управління поляризацією окремих доменів у тривимірних сегнетоелектриках виявляється досить складним завданням. Зазвичай для цього використовується контактний метод, а в якості альтернативного способу вчені запропонували використовувати електронні пучки, що дозволяє різко підвищити щільність запису інформації.