Данное исследование было проведено исследовательской группой WPI-MANA ​​под руководством главного исследователя Минору Осады и директора Такаёси Сасаки из WPI-MANA ​​в NIMS. Электронные устройства становятся все меньше, но существует предел их миниатюризации с использованием существующих материалов и технологий. Высокодиэлектрические материалы могут стать ключом к разработке электронных устройств будущего.
Минору Осада и его коллеги создали высокоэффективные диэлектрические нанослои, используя в качестве строительных блоков двумерные перовскитные нанослои (Ca2Nam-3NbmO3m + 1; m = 3-6). Перовскитные оксиды обладают огромным потенциалом для управления их богатым спектром электронных свойств, включая диэлектрические свойства с высокой диэлектрической проницаемостью и ферроэлектрические свойства.
Исследователи продемонстрировали целенаправленный синтез нанопленок, состоящих из двумерных перовскитных нанолистов в конфигурации «ячейка на ячейке». В этой уникальной системе перовскитные нанолисты позволяют точно контролировать толщину перовскитных слоев с шагом ~0,4 нм (одна перовскитная единица) путем изменения m-единицы. Такая инженерия атомных слоев улучшает высокий диэлектрический отклик и снижает локальную ферроэлектрическую нестабильность. В образце с m = 6 (Ca2Na3Nb6O19) была достигнута самая высокая диэлектрическая постоянная εr = ~470 среди всех известных диэлектриков в ультратонкой области толщиной менее 10 нм.
Нанолисты перовскита имеют важное технологическое значение для исследования диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью в двумерных материалах, которые обладают большим потенциалом в электронных приложениях, таких как запоминающие устройства, конденсаторы и IGBT. Примечательно, что нанолисты перовскита обеспечивают высокую емкость на основе высоких значений диэлектрической проницаемости при молекулярной толщине. Ca2Na3Nb6O19 продемонстрировал беспрецедентную плотность емкости приблизительно 203 мкФ·см⁻², что примерно на три порядка выше, чем у существующих керамических конденсаторов, открывая путь к созданию сверхмалых конденсаторов высокой плотности.
Эти результаты предлагают стратегию для получения двумерных диэлектриков/ферроэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью (κ) для использования в сверхкрупномасштабной электронике и пост-графеновых технологиях.
 
Ссылка
Ли, Б.-В., Осада М., Ким Ю.-Х., Эбина Ю., Акацука К., Сасаки Т. Инженерное проектирование высокодиэлектрических свойств в двумерных перовскитах с помощью атомно-слоевого методаJ. Am. Chem. Soc. 139, 10868-10874 (2017)

Более подробная информация