کشف یک ماده 2 بعدی جدید از خانواده فروالکتریک ها

یک تیم تحقیقاتی متشکل از دانشمندان دانشگاه آرکانزاس آمریکا، انستیتو فیزیک ریزساختار موسسه ماکس پلانک در آلمان و آکادمی علوم اطلاعات کوانتومی پکن در چین ماده 2 بعدی جدیدی را کشف کرده اند. این ماده یک قلع سلنید تک لایه و سومین فروالکتریک دو بعدی متعلق به خانواده شیمیایی مونو کالکوژنیدهای گروه IV است که تاکنون به طور تجربی ساخته شده است.

مواد 2 بعدی که گاهی از آن ها با نام مواد تک لایه نیز یاد می شود، موادی کریستالی هستند که یک اتم را در ضخامت خود جای داده اند. این مواد به صورت غشاهای بسیار نازکی هستند که می توانند خواص نوری، حرارتی، مکانیکی، الکتریکی و مغناطیسی ویژه ای داشته باشند. به همین دلیل می توان از آن ها در دستگاه های بسیار کوچک ذخیره سازی اطلاعات استفاده کرد. امروزه می توانید نمونه های بارز این مواد را در نیمه هادی ها، الکترودها، تصفیه کننده ها و … مشاهده کنید.

این مواد در حالتی که به صورت عنصری باشند، پسوند ene را به دنبال دارند، اما هنگامی که به صورت ترکیب باشند، دارای پسوندهای ane- یا -ide هستند. انتظار می رود که حدود ۷۰۰ ماده دو بعدی پایدار وجود داشته باشد که بسیاری از آن ها به صورت ناشناخته باقی مانده اند. بر طبق پیش بینی های انجام شده بازار جهانی این مواد تا سال ۲۰۲۵ به ۳۹۰ میلیون دلار خواهد رسید که بیشتر آن مربوط به گرافن های نیمه هادی، الکترونیک، انرژی باتری و بازار مواد کامپوزیت خواهند بود!

اما چالش بزرگی که در خصوص این مواد وجود دارد، سازگاری و ترکیب این مواد دو بعدی با مواد 3 بعدی است که باعث محدودیت کاربرد آن ها می شود.

فروالکتریک ها چه موادی هستند؟

به زبان ساده، فروالکتریسیته خاصیتی در مواد است که باعث می‌شود در سطح سلول واحد، به علت چینش منظم اتم یا مولکول‌ها، دوقطبی‌های الکتریکی دائمی به وجود بیاید، به نحوی که جهت آنها با اعمال میدان الکتریکی خارجی قابل تنظیم باشد. بنابراین مواد فروالکتریک، موادی هستند که دارای دو قطبی ذاتی هستند و می توانند توسط یک میدان الکتریکی تغییر کنند.

در این تحقیق، محققان توانستند با استفاده از میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) دو قطبی الکترونی تک لایه های سلنید قلع را که روی یک بستر گرافیتی رشد یافته بود، تغییر دهند و این به معنای کشف یک ماده 2 بعدی دیگر با خاصیت فروالکتریکی است.