Группа инженеров из Мичиганского университета выяснила, почему материалы, известные как вюрцитные сегнетоэлектрические нитриды, не разрываются сами на части. «Вюрцитные сегнетоэлектрические нитриды были недавно обнаружены и имеют широкий спектр применения в запоминающих устройствах, радиочастотной электронике, акустоэлектронике, микроэлектромеханических системах и квантовой фотонике, и это лишь некоторые из них. Но базовый механизм сегнетоэлектрического переключения и компенсации заряда оставался неясным, — сказал Ми Цзэтянь, соавтор исследования. — Как стабилизируется этот материал? Это было по большей части неизвестно».

Подобно магнитам, поляризованные материалы имеют положительные и отрицательные полюсы. В этих полупроводниках полярность под действием электрического поля может меняться и оставаться такой даже после прекращения действия поля. С другой стороны, этот материал часто расщепляется на области с противоположной поляризацией. Ученые долгое время ломали голову над тем, почему этого не происходит там, где встречаются одноименные заряды, пишет Scitech Daily.

Используя передовую электронную микроскопию и квантовые расчеты, исследователи обнаружили, что когда внутри материала сталкиваются противостоящие электрические поляризации, кристаллическая структура на мгновение разрушается, создавая оборванные атомные связи. Вместо того чтобы ослаблять структуру, эти разорванные связи обеспечивают правильный баланс заряда, который поддерживает стабильность материала, действуя как клей для атомов.

«Это простой и элегантный результат — резкое изменение поляризации обычно создает пагубные дефекты, но в этом случае разорванные связи обеспечивают именно тот заряд, который необходим для стабилизации материала, — сказал Эммануил Киупакис, другой автор исследования. — Примечательно то, что эта отмена заряда — не просто удача, а прямое следствие геометрии тетраэдров. Это делает его универсальным стабилизирующим механизмом во всех тетраэдрических сегнетоэлектриках — классе материалов, который быстро привлекает внимание своим потенциалом для микроэлектронных устройств следующего поколения».

Помимо того, что электроны удерживают материал, они создают в оборванных связях нечто вроде автомагистрали для электричества, на которой примерно в 100 раз больше носителей заряда, чем в обычном транзисторе на основе нитрида галлия. Эту магистраль можно включать и выключать, перемещать внутри материала и делать более или менее проводящей, меняя характеристики электрического поля.

Исследователи сразу отметили значительный потенциал материала в качестве полевого транзистора для мощной и высокочастотной электроники.

Нитрид галлия — важнейший материал для передовой электроники, в частности, для современных систем вооружения. Команда исследователей из КНР выяснила, в чем основная причина дефектов и как можно увеличить производительность полупроводников, изготовленных из этого материала.