Einzigartiges Material könnte neue Funktionalität in Halbleitern erschließen

Wenn neue und vielversprechende Halbleitermaterialien in unsere Telefone, Computer und andere immer leistungsfähigere Elektronik gelangen sollen, müssen die Forscher mehr Kontrolle über die Funktionsweise dieser Materialien erhalten.

In einem Artikel, der in Science Advances veröffentlicht wurde, haben Forscher des Rensselaer Polytechnic Institute beschrieben, wie sie ein einzigartiges Material mit kontrollierbaren Fähigkeiten entwickelt und synthetisiert haben, die es für die Elektronik der Zukunft sehr vielversprechend machen.

Die Forscher synthetisierten das Material – einen organisch-anorganischen Hybridkristall aus Kohlenstoff, Jod und Blei – und zeigten dann, dass es zwei Materialeigenschaften besitzt, die zuvor in einem einzigen Material nicht sichtbar waren. Es zeigte eine spontane elektrische Polarisation, die sich umkehren kann, wenn es einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, eine Eigenschaft, die als Ferroelektrizität bekannt ist. Sie zeigte gleichzeitig eine Art von Asymmetrie, die als Chiralität bekannt ist – eine Eigenschaft, die zwei unterschiedliche Objekte, wie rechte und linke Hand, zu Spiegelbildern voneinander macht, die sich aber nicht überlagern können.

Laut Jian Shi, einem außerordentlichen Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen in Rensselaer, ist diese einzigartige Kombination von Ferroelektrizität und Chiralität von Vorteil. In Kombination mit der Leitfähigkeit des Materials können diese beiden Eigenschaften andere elektrische, magnetische oder optische Eigenschaften ermöglichen.

„Was wir hier getan haben, ist, ein ferroelektrisches Material mit zusätzlicher Funktionalität auszustatten, so dass es auf bisher unmögliche Weise manipuliert werden kann“, sagte Shi.

Die experimentelle Entdeckung dieses Materials wurde durch theoretische Vorhersagen von Ravishankar Sundararaman, einem Assistenzprofessor für Materialwissenschaft und -technik in Rensselaer, inspiriert. Ein ferroelektrisches Material mit Chiralität, sagte Sundaraman, kann so manipuliert werden, dass es auf links- und rechtshändiges Licht unterschiedlich reagiert, so dass es spezifische elektrische und magnetische Eigenschaften erzeugt. Diese Art der Licht-Materie-Wechselwirkung ist besonders vielversprechend für zukünftige Kommunikations- und Computertechnologien.