Международная группа исследователей из Центра имени Гельмгольца в Берлине (HZB) и Свободного университета Берлина совместно с коллегами из CEMES-CNRS в Тулузе, Университета Пикардии в Амьене и Института Йозефа Стефана в Любляне разработала новый метод создания и управления наноструктурами, открывающий перспективы для сверхплотного хранения данных и энергоэффективных полевых транзисторов.

Художественное изображение демонстрирует центральное сходящееся поле поляризации в наноостровках.
Источник: Laura Canil / HZB

Учёные создали наноструктуры титаната бария (BaTiO3) в форме трапециевидных островков размером 30-60 нанометров на кремниевой подложке. Ключевым достижением стала возможность контролировать образование этих наноостровков путём точной настройки первого этапа пассивации кремниевой пластины.

Внутри каждого наноостровка поле поляризации сжимается боковыми стенками структуры, создавая текстуру, напоминающую вихревой поток жидкости, втекающий в сужающуюся воронку. Линии поля сходятся к центру основания, формируя эффект закручивающегося вихря. Особый интерес представляет обнаруженный вихревой компонент вокруг оси наноострова, создающий хиральность.

Иллюстрации топографий (слева) и изображений, полученных методом микроскопии пьезоэлектрического отклика (PFM). На изображениях латеральной амплитуды PFM наноостровки демонстрируют характерный узор из тёмных и светлых областей. Этот узор типичен для текстур с центральным типом полярного распределения. Такое представление позволяет сравнить топографию и пьезоэлектрические свойства наноструктур при различных ориентациях образца.
Источник: HZB

Исследователи обнаружили, что созданные структуры обладают стабильными поляризационными доменами, которые можно обратимо переключать с помощью электрического поля. Для изучения доменных структур использовались вертикальная и латеральная микроскопия пьезоэлектрического отклика (PFM), а также просвечивающая электронная микроскопия (STEM).

Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nature Communications. Учёные продемонстрировали, что созданные наноструктуры обладают уникальными свойствами, которые могут быть использованы для разработки новых типов энергоэффективных устройств памяти и логических элементов. Особенно важно, что эти наноструктуры совместимы с кремниевой технологией, что облегчает их интеграцию в существующие электронные устройства.

Открытие представляет собой значительный шаг вперёд в области наноэлектроники и может привести к созданию нового поколения устройств с улучшенными характеристиками и меньшим энергопотреблением. Исследователи планируют продолжить работу над оптимизацией процесса создания наноостровков и изучением их свойств для дальнейшего применения в практических устройствах.