為未來的電子產品開發一種新的層狀材料

一項由 RMIT 領導的新研究將兩種不同類型的 2D 材料堆疊在一起，以創建一種提供增強特性的混合材料。這種混合材料具有寶貴的特性，可用于未來的存儲器和電子設備，如電視、計算機和電話。最重要的是，無需外部應變即可控制新堆疊結構的電子特性，為未來低能晶體管的使用開辟了道路。

結果是一種新的潛在材料用于多鐵納米器件，例如場效應晶體管和存儲器件，與當前的硅基電子產品相比，它可以使用更少的能量運行，并且可以使電子元件更小。

原子級薄的構建塊

這項工作使用的結構包括兩種原子薄的材料：鐵電材料薄膜和磁性材料薄膜。(這種兩種或多種不同材料的結構稱為“異質結構”。)

通過將兩種二維材料堆疊在一起，研究人員創造了一種“多鐵性”材料，它結合了鐵電材料和鐵磁材料的獨特特性。

鐵磁(或磁性)材料是常見的，例如具有永久、固有磁性的材料，例如鐵。在鐵磁材料中，電子自旋可以對齊形成強磁場(這就是它們可以被“磁化”的意思)。

鐵電材料可以被認為是鐵磁材料的電類比，它們的永久電極化類似于磁鐵的北極和南極。

多鐵性材料只是那些表現出不止一種鐵質特性(在這種情況下是鐵磁性和鐵電性)的材料。

具體來說，研究人員發現他們可以使用固有的鐵電特性來調整In 2 Se 3 / Fe 3 GeTe 2異質結構的肖特基勢壘高度，而不是使用其他系統所需的施加應變。(肖特基勢壘是通過將金屬與半導體連接起來產生的能量差。)

需要能夠調整屏障的高度，才能將電流從交流 (AC) 轉換為直流 (DC)，以用于電視、計算機和其他日常電子設備中的二極管等電子元件。

由此產生的可切換肖特基勢壘結構可以形成二維場效應晶體管 (FET) 中的基本組件，該晶體管可以通過切換本征鐵電極化而不是通過施加外部應變來操作。

無外力切換

這項工作采用了兩個二維單層的異質結構：In 2 Se 3和 Fe 3 GeTe 2(通常縮寫為“FGT”)，其中 In 2 Se 3是鐵電半導體，FGT 是磁性/鐵磁材料。

“我們的研究結果表明，In 2 Se 3 /FGT 提供了與其他異質結構相當的特性，但不需要外部應變，”通訊作者 Michelle Spencer 教授說。“我們不僅可以通過這種異質結構控制勢壘高度，而且還可以在 n 型和 p 型肖特基勢壘之間切換。”

In 2 Se 3 /FGT異質結構的這種可控性和可調性可以大大拓寬其在未來低能電子器件中的器件潛力。

“我們發現 In 2 Se 3配置之間的結構和電子特性切換發生了顯著變化。這種變化使這種異質結構可用作可切換的二維肖特基二極管器件，”主要作者 Maria Javaid 博士說。

從理論到實驗室

這一發現直接適用于 FLEET 對超越 CMOS 電子器件的新一代超低能耗技術的使命。

除了為多鐵性納米器件引入新的可能途徑外，該工作還將激勵該領域的實驗者探索在未來低能電子器件中使用 In 2 Se 3 /FGT 的更多機會，例如：

合成一種新的多鐵異質結，該異質結能夠“調節”肖特基勢壘高度，并通過鐵電極化開關在n 型和 p 型之間切換。

探索 In 2 Se 3與其他鐵磁材料的異質結構。