Вчені перетворили крупинки солі в крихітні електричні вимикачі

Група вчених з університету Ліверпуля, університетського коледжу в Лондоні і університету Сарагоси, Іспанія, знайшла новий і досить незвичний спосіб управління перемиканням електричної провідності на нанорозмірному рівні.

Крихітним електричним вимикачем є кристалічний шар солі, включаючи і звичайну кухонну сіль, товщиною в кілька атомів. Цей плоский кристал розташований на тонкій основі з чистої міді, відокремлений від нього шаром нітриду міді. Вся ця багатошарова структура являє собою так званий “електричний диполь”, орієнтація якого може бути змінена шляхом додаванням зовнішнього електричного поля.

Якщо взяти будь-який з більшості матеріалів і перевернути його догори ногами, його кристалічна решітка буде виглядати абсолютно однаково в обох випадках на атомарному рівні. Природно, що і пересування електричних зарядів в такому матеріалі абсолютно не залежить від його просторової орієнтації і напрямки руху електричного струму. У деяких матеріалах така симетрія не дотримується, і зарядм які переміщаються в них шикуються в лінію, формуючи електричні диполі, орієнтацію яких можна змінювати електричним способом. Якщо орієнтація цих диполів зберігається після зняття поля, то такі матеріали відносять до сегнетоелектриків, електричним аналогам ферромагнетиків.

Властивість збереження напряму магнітної намагніченості феромагнетиків вже багато років широко використовується в пристроях магнітного запису і зберігання інформації. На жаль, такого ж широкого застосування сегнетоелектриків перешкоджає те, що ці матеріали втрачають здатність перемикання, коли вони включені в нанорозмірні електричні схеми.

Для подолання цієї проблеми вчені використовували те, що властивості деяких матеріалів досить кардинально змінюються в разі надання їм плоскою, умовно двомірної форми, коли товщина шару матеріалу стає рівною товщині декількох атомарних шарів. Цими унікальними властивостями, в даному випадку, володіє і шар нітриду міді, шар солі, хлориду натрію, і шар броміду калію, який в деяких експериментах використовувався для заміни шару кухонної солі.

В результаті набуття нових унікальних властивостей, шар солі демонструє стабільні сегнетоелектрічні властивості, дозволяючи з досить високою ефективністю управляти рухом електричного струму через багатошаровий пристрій.

“Склавши докупи кілька найтонших шарів різних матеріалів, які є ізоляторами спочатку, ми можемо отримати абсолютно нову електричну поведінку пристрою, яко не властива жодному з матеріалів індивідуально” – розповідає Кірус Хірджібехедін (Cyrus Hirjibehedin), провідний науковець даного проекту, – “Такий підхід дозволить нам значно розширити багатий асортимент умовно двомірних структур, на базі яких можна буде створювати надмініатюрну електроніку з вельми широкими і унікальними функціональними можливостями “.