Para ilmuwan telah menemukan bentuk baru feroelektrik dalam metamaterial

Bahan feroelektrik telah menarik minat penelitian yang signifikan karena potensi penggunaannya dalam penyimpanan data. Selain itu, sifat fotonik piezoelektrik, termoelektrik, dan nonliniernya telah diteliti secara komprehensif di berbagai bidang seperti energi terbarukan, sistem mikroelektromekanis, dan perangkat optik.

Karena dimensinya yang minimal, bahan feroelektrik dua dimensi (2D) baru-baru ini menjadi pesaing perangkat sinaps saraf. Namun, kurangnya bahan yang mudah diakses masih menghambat pengembangan bahan feroelektrik 2D.

Awal tahun ini, tim studi yang dipimpin oleh Profesor Andrew Wei dari Departemen Fisika di NUS membuat penemuan terobosan keadaan feroelektrik elemen tunggal dalam bismut hitam seperti fosfor dua dimensi (BP-Bi), yang sebelumnya menantang pemahaman tradisional tentang feroelektrik.

Pemecahan simetri centrosome dalam struktur atom dan transfer muatan antara subclades di BP-Bi telah diselidiki secara cermat oleh para peneliti menggunakan metode scanning tunneling microscopy (STM) yang ditingkatkan dan metode mikroskop kekuatan atom non-kontak (nc-AFM).

Ionisitas elemen tunggal, polarisasi in-plane elemen tunggal, dan feroelektrik elemen tunggal semuanya telah didemonstrasikan secara eksperimental untuk pertama kalinya dalam monolayer bismut. Temuan ini menantang anggapan bahwa polarisasi ion hanya terjadi pada molekul yang mengandung kation dan anion dan memperluas aplikasi potensial feroelektrik di masa depan.

Para ilmuwan menciptakan BP-Bi berkualitas tinggi pada permukaan grafit Van der Waals untuk memastikan bahwa monolayer BP-Bi tidak retak dan cukup rata untuk pengukuran. Menggunakan resolusi spasial tinggi nc-AFM, pencitraan AFM dan pengukuran probe Kelvin (KPFM) digunakan untuk menentukan konfigurasi atom torsional (Dh0) BP-Bi dan redistribusi muatan antara dua subkisi.

Konfigurasi monolayer BP-Bi bipolar reguler dikonfirmasi kemudian. Sebaliknya, fosfor lapisan tunggal (fosfor) bersifat sentrosimetri dan tidak terpolarisasi karena tidak ada tekukan pada sublapisan. Medan listrik dalam pesawat yang dihasilkan oleh ujung STM kemudian digunakan untuk mencapai pengalihan polarisasi BP-Bi, yang membentuk dasar untuk menulis ke perangkat memori yang tidak mudah menguap.

Feroelektrik memiliki keunggulan dibandingkan magnet karena hanya dapat dikontrol oleh medan listrik. Untuk alasan ini, lebih tepat untuk dimasukkan ke dalam perangkat sirkuit terintegrasi. Banyak penyelidikan telah menemukan bahwa dengan menggabungkan energi feroelektrik dengan kualitas-kualitas ini, dimungkinkan untuk mengontrol sifat-sifat bahan lain.

Polarisasi feroelektrik dan struktur inti-band di BP-Bi dikendalikan oleh tingkat kelengkungan struktur atom. Akibatnya, polarisasi listrik dan struktur elektronik saling terkait. Bentuk baru feroelektrik ini menghadirkan pendekatan yang menjanjikan untuk deformasi feroelektrik, yang dapat digunakan untuk mengubah struktur elektronik material melalui medan listrik eksternal.

Dr Jian Guo, penulis utama makalah penelitian, berkata, “Penelitian lain juga menunjukkan bahwa BP-Bi menunjukkan keadaan topologi nontrivial pada ketinggian kelengkungan yang terbatas, menunjukkan peluang potensial untuk menyetel keadaan topologi melalui medan listrik.”

Memang, fitur polarisasi sangat mempengaruhi sifat optik dan listrik dasar material. Studi tentang sifat fisik dasar bahan sederhana memperoleh perspektif baru dengan penemuan polarisasi listrik komponen tunggal.

Profesor Wei Dia berkataDan “Selain menjungkirbalikkan anggapan umum bahwa polarisasi ion hanya ada dalam senyawa, kami percaya bahwa feroelektrik satu komponen di BP-Bi akan menawarkan perspektif baru untuk studi dan desain bahan feroelektrik baru dan menginspirasi fisika baru untuk metamaterial di masa depan. .”

Referensi jurnal:

1. Joe J*; Bai H Chang X Huang Il; Duane Q; Arriando A Yang SA; Chen L*; lo p *; Wee ATS*, “Feroelektrik dua dimensi dalam lapisan tunggal elemen bismut satu lapisan” ALAM DOI: 10.1038 / s41586-023-05848-5 Tanggal publikasi: 2023.
2. Gou J; kong l; adalah yang kesepuluh; hwang il; Sun J; Meng Q; Wu K. Chen L*; Wee ATS*, “Pengaruh Superstruktur Moar pada Keadaan Ujung Topologi pada Homodimer Bismuthene Twisted,” Kemajuan Sains Volume: 6 Edisi: 23 Nomor Artikel: eaba2773 DOI: 10.1126/sciadv.aba2773 Tanggal publikasi: 2020.