设计器缺陷介导的铁电畴壁夹紧更稳定的纳米电子| ARC未来低能电子技术卓越中心

新南威尔士大学今天发表的一项研究自然通讯呈现了令人兴奋的一步畴壁纳电子学:一种基于纳米级传导路径的新型未来电子产品，它可以实现极其密集的存储。

新南威尔士大学材料科学与工程学院的FLEET研究人员在解决该技术长期以来的主要挑战信息稳定性方面迈出了重要一步。

畴壁是铁电材料中分离均匀极化区域的“原子锋利”拓扑缺陷。

铁电材料可以被认为是电学上的永久磁铁，具有自发极化。这种极化可以通过电场“切换”。

铁电体中的畴壁具有迷人的性质，被认为是具有与母体体铁材料显著不同的性质的独立实体。

这些性质是由结构、对称性和局限在墙内的化学变化所带来的。

“这是支撑畴壁纳米电子学的基本起点，”研究作者Jan Seidel教授说。

铁电材料的“开关”特性使其成为低压纳电子学的热门候选材料。在铁电晶体管中，不同的极化态将代表二元系统的计算0和1态。

然而，存储偏振信息的稳定性已被证明是数据存储技术应用中的一个挑战，特别是对于非常小的纳米级域尺寸，这是高存储密度所需要的。

张大伟(新南威尔士大学)

作者Nagy Valanoor教授说:“铁电材料的极化状态通常在几天到几周内衰减，这意味着任何畴壁数据存储系统中的信息存储失败。”

因此，信息在铁电材料中存储的时间，即存储极化信息的稳定性，是一个关键的性能特征。

迄今为止，信息不稳定这一长期存在的问题一直是限制该技术应用的主要因素之一。

研究了铁电材料BiFeO_3.(BFO)在薄膜中特别引入了设计缺陷。这些设计缺陷可以压制材料中的畴壁，有效地防止了导致信息丢失的铁电畴弛豫过程。

“我们使用了一种‘缺陷工程’方法来设计和制造一种特殊的BFO薄膜，随着时间的推移，它不容易受到保留损失的影响，”主要作者丹尼尔·桑多博士说。

电压相关畴的形成

因此，固定畴壁是设计极长偏振保持的主要因素。

“这项新研究的新奇之处在于对畴壁的精确控制，这使我们能够实现优越的极化保留，”主要作者张大伟说。

该研究为非易失性数据存储和逻辑器件架构的基于畴壁的纳米电子学提供了关键的新思维和概念。

此外，混合相BFO-LAO体系是其他有趣的物理性能的肥沃土壤，包括压电响应、场致应变、电致变色效应、磁矩、电导率和机械性能。

报纸"通过工程畴壁钉住卓越的极化保持发表于自然通讯今天(DOI 10.1038/s41467-019-14250-7)。

还有来自澳大利亚研究理事会(Discovery, LIEF和卓越中心项目)，得到了澳大利亚政府研究培训计划奖学金(合著者张大伟)。天文台提供了宝贵的设备和技术支援莫纳什电子显微镜中心(MCEM)。同时也感谢Thomas Young和Vicki Zhong(新南威尔士大学)对样品制备的帮助。

Jan Seidel和Nagy Valanoor领导FLEET的研究团队，ARC未来低能电子技术卓越中心。

Jan Seidel的团队执行关键扫描探针显微镜(SPM)为基础的研究，特别关注复杂氧化物材料系统的利用。Seidel使用先进的SPM技术在纳米尺度的拓扑材料中构建电或磁秩序。雷竞技苹果版

Nagy Valanoor的团队探索氧化物和薄膜材料作为新的低能拓扑器件的平台，并合成了许多铁电和铁磁异质结构，以及其他FLEET研究人员寻求低能晶体管所使用的新型拓扑氧化物。

铁电材料的研究在舰队研究主题1该公司寻求创造新一代超低能耗电子产品。

FLEET是澳大利亚研究委员会资助的研究中心，汇集了100多名澳大利亚和国际专家，开发新一代超低能耗电子产品。

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