Nanoislas de silicio con texturas topológicas conmutables
Las nanoestructuras con patrones electromagnéticos específicos prometen aplicaciones en nanoelectrónica y futuras tecnologías de la información. Sin embargo, resulta muy difícil controlar esos patrones. Ahora, un equipo de HZB ha examinado una clase específica de nanoislas de silicio con interesantes texturas polares en espiral, que pueden estabilizarse e incluso conmutarse reversiblemente mediante un campo eléctrico externo.
Los ferroeléctricos a nanoescala presentan una gran variedad de texturas electromagnéticas polares y a veces en espiral que no sólo representan una física fascinante, sino que también prometen aplicaciones en la futura nanoelectrónica. Por ejemplo, el almacenamiento de datos de altísima densidad o los transistores de efecto campo de gran eficiencia energética. Sin embargo, la estabilidad de estas texturas topológicas y la forma de controlarlas y dirigirlas mediante un estímulo eléctrico u óptico externo han constituido un escollo.
Nuevas perspectivas:
Un equipo dirigido por la profesora Catherine Dubourdieu (HZB y FU Berlín) ha publicado ahora un artículo en Nature Communications que abre nuevas perspectivas. Junto con colaboradores del CEMES-CNRS de Toulouse, la Universidad de Picardía de Amiens y el Instituto Jozef Stefan de Liubliana, han investigado a fondo una clase especialmente interesante de nanoislas sobre silicio y explorado su idoneidad para la manipulación eléctrica.
Nanoislas sobre silicio
"Hemos producido nanoestructuras de BaTiO3 que forman minúsculas islas sobre un sustrato de silicio", explica Dubourdieu. Las nanoislas tienen forma trapezoidal, unas dimensiones de 30-60 nm (en la parte superior) y presentan dominios de polarización estables. "Afinando el primer paso de la pasivación de la oblea de silicio, pudimos inducir la nucleación de estas nanoislas", explica Dong-Jik Kim, científico del equipo de Dubourdieu.
Patrones de dominio estudiados mediante PFM
Estos dominios pueden conmutarse reversiblemente mediante un campo eléctrico. Los patrones de los dominios se estudiaron mediante microscopía de fuerza piezorrespondiente (PFM) vertical y lateral. "Tanto los datos de las mediciones PFM como la modelización del campo de fase indican una polarización centrada y convergente hacia abajo, que encaja perfectamente con la información de la microscopía electrónica de transmisión por barrido (STEM)", afirma Ibukun Olaniyan, estudiante de doctorado.
Conmutación reversible
En concreto, los científicos pudieron detectar un componente arremolinado alrededor del eje de la nanoisla que provoca la quiralidad. "La textura se asemeja a un remolino de líquido fluyendo hacia un embudo que se estrecha", explica Dubourdieu. "Las nanodominios de centro descendente pueden cambiarse reversiblemente a nanodominios de centro ascendente mediante un campo eléctrico externo", señala.
"En este trabajo, hemos demostrado que las texturas topológicas quirales pueden estabilizarse moldeando las nanoestructuras de forma adecuada", afirma Dubourdieu. La capacidad de crear y manipular eléctricamente texturas quirales, arremolinadas y polares en nanoestructuras de BaTiO3 es muy prometedora para futuras aplicaciones".
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Publicación original
Ibukun Olaniyan, Iurii Tikhonov, Valentin Väinö Hevelke, Sven Wiesner, Leifeng Zhang, Anna Razumnaya, Nikolay Cherkashin, Sylvie Schamm-Chardon, Igor Lukyanchuk, Dong-Jik Kim, Catherine Dubourdieu; "Switchable topological polar states in epitaxial BaTiO3 nanoislands on silicon"; Nature Communications, Volume 15, 2024-11-20
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