Исследовательская группа во главе с ученым из Международного центра наноархитектоники материалов Национального института материаловедения Японии (MANA) доктором Минору Осада (Minoru Osada) и ведущим исследователем доктором Такиоши Сасаки (Takayoshi Sasaki) разработали новый наносегнетоэлектрик, основываясь на подходе снизу-вверх.

Материалы-сегнетоэлектрики (ферроэлектрики) представляют собой вид диэлектриков, обладающих самопроизвольным и обратимым электрическим дипольным моментом, когда электрическая поляризация остается после применения и выключения внешнего электрического поля, поэтому сегнетоэлектрики могут работать в качестве энергонезависимой памяти, представляя «0» в одном положении и «1» в другом. Память на сегнетоэлектриках (FeRAM) характеризуется высокой скоростью, износоустойчивостью в режиме записи, малым расходом энергии, отсутствием нестабильности и превосходной защитой от несанкционированного доступа.

Рис. 1. Искусственная сверхструктура из нанолистов перовскита (A=Ca₂Nb₃O₁0, B=LaNb₂O₇).

Она идеально подходит для смарт-карт (пластиковых карт со встроенной микросхемой), сотовых телефонов и прочих устройств. В связи с продолжающимся уменьшением микросхем и растущим интересом к микропленкам для FeRAM, все больше внимания привлекают сегнетоэлектрические наноструктуры и нанопленки. До недавнего времени было технологически сложно стабилизировать сегнетоэлектричество на наноуровне.

Пытаясь создать новые наносегнетоэлектрики, исследовательская группа создала сверхрешеточный слой, используя в качестве строительных блоков молекулярно тонкие нанолисты оксида. Группа синтезировала два различных нанолиста перовскита (Ca₂Nb₃O₁₀, LaNb₂O₇) и изготовила искусственную сверхструктуру, укладывая листы попеременно, по правилам послойной сборки. Группа обнаружила, что, в отличие от параэлектрической природы Ca₂Nb₃O₁₀ и LaNb₂O₇, их сочетание в рамках сверхструктуры дает новую форму граничного сцепления. Данный эффект может лечь в основу сегнетоэлектриков, работающих при комнатной температуре.

Искусственная сверхструктура сохраняла устойчивые сегнетоэлектрические свойства даже при толщине в несколько нанометров. Это открытие имеет большой потенциал в области рационального проектирования и конструирования наносегнетоэлектриков, а также покажет новые пути для разработки безсвинцовых сегнетоэлектрических устройств, необходимых будущему электронному оборудованию.