物理学者は窒化ホウ素の強誘電体を設計します| MITニュース

原子の単層で作られた極薄の材料は、最初のそのような材料であるグラフェンが約17年前に分離されて以来、科学者の注目を集めています。 それ以降の開発の中でも、MITの先駆的な研究室の研究者を含む研究者は、2次元材料の個々のシートを積み重ね、場合によっては互いにわずかな角度でねじることで、導電率などの新しい特性を与えることができることを発見しました。超磁性。

現在、その研究室のMIT物理学者とその同僚は、有名ないとこと同様の原子構造を持っていることもあり、「白いグラフェン」として知られる窒化ホウ素を使ってそれを行っています。 チームは、窒化ホウ素の2つの単一シートが互いに平行に積み重ねられると、材料が強誘電性になり、材料の正電荷と負電荷が自発的に異なる側面または極に向けられることを示しました。 外部電界が印加されると、これらの電荷は分極を反映して側面を切り替えます。 最も重要なことは、これらすべてが室温で起こることです。

既存の強誘電体材料とはまったく異なるメカニズムで動作する新しい材料には、多くの用途があります。

「さまざまな物理特性がさまざまな2D材料ですでに発見されています。今では、静電窒化ホウ素を他の材料ファミリーと簡単に積み重ねて、新しい特性と新しい機能を生成できます」と、物理学、セシル、アイダの教授であるPabloJarillo-Herreroは述べています。グリーンであり、作品のリーダーでした 言及された 雑誌のこの夏 化学。 Jarilo Herreroは、マサチューセッツ工科大学の材料研究所にも所属しています。

Jarillo Herreroに加えて、この論文の共著者は、マサチューセッツ工科大学のポスドク研究員である安田健二です。 マサチューセッツ工科大学の物理学大学院生、Zerui Wang; 物質・材料研究機構の渡辺健二と谷口節。

可能なアプリケーション

この本の筆頭著者である安田氏は、新しい超薄型エレクトロルミネッセンス材料の潜在的な用途の1つであると述べています。 化学 論文。 これは、マテリアルの偏光スイッチを使用して1と0（デジタル情報）をエンコードでき、その情報が時間の経過とともに安定するためです。 電界をかけないと変化しません。 の中に 化学 研究論文チームは、この安定性を示す原理実証実験を報告します。

新しい材料は10億分の1メートルの厚さであるため（これまでに製造された中で最も薄い強誘電体材料の1つ）、より高密度のコンピューターメモリストレージを可能にする可能性もあります。

チームはさらに、窒化ホウ素の平行板を互いにわずかな角度でねじると、「まったく新しいタイプの強誘電状態」になることを発見しました、と安田氏は言います。 ツイストロニクスとして知られるこの一般的なアプローチは、グラフェンの型破りな超伝導を実現するためにそれを使用したJarillo-Herreroグループによって開拓されました。

新しい物理学

新しい超薄型強誘電体材料は、新しい物理学を含むため、エキサイティングです。 それがどのように機能するかの背後にあるメカニズムは、従来の水力発電材料のそれとはかなり異なります。

安田氏は、「面外熱電スイッチングは、2枚の窒化ホウ素プレート間の面内スライド運動によって発生します。垂直分極と水平運動の間のこの独自の結合は、窒化ホウ素の横方向の剛性によって可能になります」と述べています。

別の強誘電体に向けて

安田氏は、新しい電解質は、 化学。 「求電子性非鉄出発物質を極薄の電気鉄に変換する当社の方法は、窒化ホウ素に類似した原子構造を持つ他の材料に適用できるため、強誘電体材料のファミリーを大幅に拡大できます。現在、非常に少ないです。彼が言うように、超薄型強誘電体」。 研究者は現在この目的に向けて取り組んでおり、いくつかの有望な結果が得られています。

Jarillo-Herrero研究所は、グラフェンなどの2D極薄材料の処理と探査のパイオニアです。 しかし、非常に薄い窒化ホウ素の電解鉄への変換は予想外でした。

「測定を行っていたとき、データに異常なジャンプが見られたのを今でも覚えています。もう一度実験を行うことにしました。何度も繰り返したところ、何か新しいことが起こっていることを確認しました」とZeroiWang氏は言います。

この作品は、米国エネルギー省の科学局によって資金提供されました。 陸軍研究所; ゴードンアンドベティムーア財団; 米国国立科学財団; 文部科学省（MEXT）; 日本学術振興会。