강유전성을 위해서는 5천 개의 원자만 있으면 됩니다

16년 2024월 XNUMX일

(나노 워크 뉴스) 강유전성은 분자의 자발적 또는 유도된 전기 분극을 생성하여 물질 내부에 전기장을 발생시키는 특정 물질의 특성입니다. 분극 상태는 영구적이거나 외부 전기장을 적용하여 반대 방향으로 반전될 수 있습니다. 얇은 필름이나 작은 결정 형태의 강유전성 물질은 이진 정보 저장 및 비휘발성(에너지원과 무관) 메모리에 사용될 수 있습니다. 강유전성 결정이 작을수록 장치에 도입할 수 있는 메모리 단위의 양이 많아질수록 장치는 더 빠르고 효과적으로 작동합니다. Zak 교수의 연구실에서 준비한 나노물질은 직경이 ~60-100nm이고 길이가 수십 마이크론인 바늘 모양의 반도체 결정이며 관 모양을 가지고 있습니다. 중국의 Yao Guo 교수와 HIT의 Alla Zak 교수는 이러한 나노튜브에서 강유전성을 발견했으며, 이를 통해 이러한 나노튜브만을 기반으로 완벽하게 작동하는 인공 시각 시스템을 구축할 수 있습니다. 인공 시각 시스템은 감지, 기억, 처리와 같은 일련의 동작을 사용하여 피사체를 인식할 수 있습니다. 이 장치의 교육은 기계 학습을 사용하여 수행되었습니다. 연구 결과는 자연 통신 (“0D 반데르발스 계면 강유전성”) and 자연 전자 (“0차원의 강유전성”). 두 개의 교차된 나노튜브의 경계면에 형성된 0차원(XNUMXD) 장치의 전자현미경 이미지 두 개의 교차된 나노튜브의 경계면에 형성된 0차원(10D) 장치의 전자 현미경 이미지. (이미지: 연구원 제공) 강유전성 장치의 크기를 줄이기 위해 과학자들은 하나의 나노튜브를 다른 나노튜브와 교차시켜(아래 그림 참조) 두 튜브 사이의 접촉 면적과 동일한 크기의 강유전성 다이오드를 생성했습니다. 그 결과 포인트 크기(직경 ~5000 nm)의 강유전성 다이오드가 생성되고 20개의 원자로만 구성됩니다. 두 개의 획기적인 기사에서 실험적 증거와 이론적 시뮬레이션이 제공되어 전통적인 강유전성 효과가 원자 크기에 의해 제한된다는 이전에 받아들여졌던 개념을 깨뜨렸습니다. 이번 발견으로 강유전성 '퍼즐'의 마지막 조각이 완성됐다. 강유전체 효과는 5000세기 초 Joseph Valasek이 발견한 물리적 현상입니다. 이는 정보 저장을 위한 중요한 기술 경로를 제공합니다. HIT Holon Institute of Technology의 Alla Zak 교수와 Beijing Institute of Technology의 Guo Yao 교수는 다음과 같이 설명했습니다. “전통적인 강유전성 효과에는 크기 제한이 있습니다. 왜냐하면 강유전성 결정의 크기가 감소하면 탈분극이 발생하고 이로 인해 원래의 분극이 발생할 수 있기 때문입니다. , 강유전성 효과에 필수적인 것이 사라지게 됩니다.” 이 크기는 고밀도 저장 장치에서 강유전성 재료의 사용을 제한합니다. 즉, 개별 결정의 크기가 작을수록 전자 저장 장치에 통합될 수 있는 양이 더 많아집니다(밀도가 높아짐).” 이 문제를 해결하기 위해 Alla Zak 교수, Guo Yao 교수 및 공동 연구원들은 두 개의 교차된 이황화 텅스텐 나노튜브를 사용하여 약 XNUMX개의 원자로만 구성된 접촉 인터페이스에 강유전성 다이오드를 구성했습니다. 연구진은 이 연구에서 강유전성 물질의 전형적인 저항 변화와 히스테리시스 현상을 관찰했다. 나노스케일 영차원 장치, 따라서 다이오드로서의 성능을 입증합니다. 추가적인 실험적, 이론적 검증을 통해 강유전성 다이오드의 전기적 거동은 나노튜브 구조 내부와 구조 위에서 매우 완만하게 미끄러지기 때문에 발생한다는 것이 확인되었습니다. “우리는 5000개의 원자 인터페이스 시스템이 이렇게 풍부한 기능을 생성할 수 있다는 사실에 놀랐습니다.”라고 이번 연구의 공동 저자이자 재료 연구 협회(Materials Research Society)에서 권위 있는 Von Hippel 상을 받은 명예 교수 Reshef Tenne(이스라엘 Weizmann Institute)가 말했습니다. Tenne 교수는 축소된 강유전체가 미래의 고밀도 정보 저장에 중요한 이점을 제공하여 더 효율적이고 빠른 성능을 제공한다고 믿습니다. 또한, 본 연구는 향후 소나, 화재 센서, 진동 센서 등 기타 강유전체 소자의 소형화에도 큰 의의가 있다.