在RMIT实验室的米歇尔·斯宾塞教授和博士生帕特里克·泰勒。
rmit领导的一项新研究将两种不同类型的2D材料堆叠在一起，以创建一种混合材料，提供增强的性能。
这种混合材料在未来的存储器和电子设备(如电视、电脑和电话)中具有宝贵的性能。最重要的是，新的堆叠结构的电子特性可以在不需要外部应变的情况下进行控制，为未来的低能量晶体管开辟了道路。
其结果是一种新型的多铁纳米器件的潜在材料，如场效应晶体管和存储器件，可以比目前的硅基电子器件消耗更少的能量，并使电子元件更小。
原子般薄的积木
这项工作使用了一种由两种原子薄材料组成的结构:一种是铁电材料薄膜，另一种是磁性材料薄膜。(这种由两种或两种以上不同材料构成的结构被称为“异质结构”。)
通过将两种二维材料堆叠在一起，研究人员创造了一种“多铁”材料，它结合了铁电和铁磁材料的独特性质。
- 铁磁材料是我们所熟悉的具有永久固有磁性的材料，如铁。在铁磁材料中，电子自旋可以对齐以形成强磁场(这就是它们可以被“磁化”的意思)。
- 铁电材料可以将其视为铁磁材料的电学类比，其永久电极化类似于磁体的北极和南极。
- 多铁性材料仅仅是那些表现出不止一种铁性质的(在这种情况下，铁磁性和铁电性)。
具体来说，研究人员发现他们可以利用内在铁电特性来调整In的肖特基势垒高度2Se3./铁3.GeTe2异质结构，而不是使用施加应变，这是其他体系所要求的。(肖特基势垒是金属与半导体结合时产生的能量差。)
为了将交流电(AC)电流转换为直流电(DC)电流，需要能够调节屏障的高度，以用于电子元件，如电视机、计算机和其他日常电子设备中的二极管。
由此产生的可切换肖特基势垒结构可以在二维场效应晶体管(FET)中形成一个基本组件，可以通过切换本征铁电极化来操作，而不是通过施加外部应变来操作。
无外部应变切换
可切换的二维肖特基二极管器件由二维金属FGT(下层)和二维铁电In的接口组成2Se3.(上层)。
这项工作采用了两个二维单层的异质结构:In2Se3.和菲3.GeTe2(通常缩写为“FGT”)，其中In2Se3.是一种铁电半导体，FGT是一种磁性/铁磁性材料。
“我们的研究结果表明，在2Se3./FGT提供了与其他异质结构相当的特性，但不需要外部应变，”通讯作者米歇尔·斯宾塞教授说。“我们不仅可以用这种异质结构控制势垒高度，还可以在n型肖特基势垒和p型肖特基势垒之间切换。”
这样的可控性和可调性2Se3./FGT异质结构可以大大拓宽其在未来低能电子器件中的器件潜力。
“我们发现在结构和电子属性之间切换的结构和电子属性发生了重大变化2Se3.．这种变化使得这种异质结构可以用作可切换的2D肖特基二极管器件。”主要作者Maria Javaid博士说。
从理论到实验室
这一发现直接适用于FLEET的任务，即超越CMOS电子器件的新一代超低能耗技术。
除了为多铁纳米器件引入一种新的可能途径外，这项工作还将激励该领域的实验人员探索更多使用in的机会2Se3./FGT在未来低能耗电子器件中的应用，例如:
- 合成了一种新的多铁质异质结，它具有“调谐”肖特基势垒高度的能力，并通过铁电极化开关在n型和p型之间切换。
- 探索In的异质结构2Se3.与其他铁磁性材料。
这项研究
调节肖特基势垒高度在一个多铁in2Se3./铁3.GeTe2范德华异质结刚刚发表在纳米级第14卷第11期于2022年3月出版，内页封底图像由博士生和合著者帕特里克·泰勒生成。(DOI 10.1039 / d1nr06906c)
除了澳大利亚研究委员会的支持外，计算资源也由Pawsey超级计算中心和国家计算基础设施设施。
更多的信息
联系Michelle Spencer教授(澳大利亚皇家墨尔本理工大学)michelle.spencer@rmit.edu.au