Инженеры из Мичиганского университета раскрыли секрет нового типа полупроводников, которые могут кардинально изменить технологии хранения данных и повысить энергоэффективность электроники. Это материалы, известные как вюртцитовые ферроэлектрические нитриды, они способны удерживать противоположные электрические поляризации, не разрушаясь, что делает их перспективными для создания сверхточных датчиков, мощных транзисторов и устройств для преобразования сигналов между электрическими, оптическими и акустическими формами.

Долгое время ученые не могли понять, почему эти материалы не распадаются под воздействием противоположных зарядов. Исследование, проведенное под руководством профессоров Зетяна Ми и Эммануила Киупакиса, показало, что при столкновении противоположных поляризаций в кристаллической структуре материала возникают разорванные атомные связи. Эти «оборванные» связи, вопреки ожиданиям, не разрушают материал, а стабилизируют его, действуя как своеобразный атомный клей, обеспечивающий баланс зарядов.

Используя передовую электронную микроскопию и квантовые вычисления, исследователи изучили структуру нитрида скандия и галлия. Они обнаружили, что в точках встречи противоположных поляризаций гексагональная структура материала деформируется, образуя разорванные связи. Эти связи, расположенные ближе, чем обычно, создают проводящий канал, который пропускает в 100 раз больше тока, чем стандартные транзисторы на основе нитрида галлия. При этом проводимость можно регулировать, изменяя электрическое поле.

«Это удивительно простое и изящное решение, — отметил Киупакис. — Разорванные связи, которые обычно считались бы дефектами, здесь обеспечивают стабильность материала благодаря геометрии тетраэдров». Этот механизм, по словам ученых, универсален для всех тетраэдрических ферроэлектриков.

Команда уже работает над созданием мощных транзисторов для высокочастотной электроники, используя возможности этих материалов. Исследование проводилось в нанофабрикационной лаборатории Лурье и центре материаловедения Мичигана, где были созданы и проанализированы образцы.