Ученые превратили крупинки соли в крошечные электрические выключатели

Группа ученых из Ливерпульского университета, университетского Колледжа в Лондоне и университета Сарагосы, Испания, нашла новый и достаточно необычный способ управления переключением электрической проводимости на наноразмерном уровне. Крошечным электрическим выключателем является кристаллический слой соли, включая и обычную поваренную соль, толщиной в несколько атомов. Этот плоский кристалл расположен на тонком основании из чистой меди, отделенный от него слоем нитрида меди. Вся эта многослойная структура представляет собой так называемый «электрический диполь», ориентация которого может быть изменена путем приложения внешнего электрического поля.

Если взять любой из большинства материалов и перевернуть его кверху ногами, его кристаллическая решетка будет выглядеть совершенно одинаково в обоих случаях на атомарном уровне. Естественно, что и передвижение электрических зарядов по такому материалу совершенно не зависит от его пространственной ориентации и направления движения электрического тока. В некоторых материалах такая симметрия не соблюдается, и перемещающиеся в них электрические заряды выстраиваются в линию, формируя электрические диполи, ориентацию которых можно изменять электрическим способом. Если ориентация этих диполей сохраняется после снятия поля, то такие материалы относят к сегнетоэлектрикам, электрическим аналогам ферромагнетиков.

Свойство сохранения направления магнитной намагниченности ферромагнетиков уже много лет широко используется в устройствах магнитной записи и хранения информации. К сожалению, такому же широкому применению сегнетоэлектриков препятствует то, что эти материалы теряют способность переключения, будучи включенными в наноразмерные электрические схемы.

Для преодоления этой проблемы ученые использовали то, что свойства некоторых материалов достаточно кардинально изменяются в случае придания им плоской, условно двухмерной формы, когда толщина слоя материала становится равной толщине нескольких атомарных слоев. Этими уникальными свойствами, в данном случае, обладает и слой нитрида меди, слой соли, хлорида натрия, и слой бромида калия, который в некоторых экспериментах использовался для замены слоя поваренной соли.

В результате обретения новых уникальных свойств, слой соли демонстрирует стабильные сегнетоэлектрические свойства, позволяя с достаточно высокой эффективностью управлять движением электрического тока через многослойное устройство.

«Сложив вместе несколько тончайших слоев разных материалов, являющихся изоляторами изначально, мы можем получить абсолютно новое электрическое поведение устройства, которое не свойственно ни одному из материалов индивидуально» — рассказывает Кирус Хирджибехедин (Cyrus Hirjibehedin), ведущий ученый данного проекта, — «Такой подход позволит нам значительно расширить богатый ассортимент условно двухмерных структур, на базе которых можно будет создавать сверхминиатюрную электронику с весьма широкими и уникальными функциональными возможностями».