Nanofios de telúrio mostram potencial para ferroeletricidade à temperatura ambiente e armazenamento de dados

Uma descoberta feita por uma equipe internacional de cientistas revelou comportamentos de comutação ferroelétricos e resistivos à temperatura ambiente em nanofios de telúrio (Te) de elemento único, abrindo caminho para avanços no armazenamento de dados de ultra-alta densidade e na computação neuromórfica.

Publicado em Comunicações da Naturezaesta pesquisa marca o primeira evidência experimental de ferroeletricidade em nanofios de Te, um materials de elemento único, que antes period previsto apenas em modelos teóricos.

“Materiais ferroelétricos são substâncias que podem armazenar carga elétrica e mantê-la mesmo quando a energia é desligada, e sua carga pode ser trocada pela aplicação de um campo elétrico externo – uma característica essencial para aplicações de memória não volátil”, aponta o co-correspondente autor do artigo Professor Yong P. Chen, investigador principal do Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais (AIMR) da Universidade de Tohoku e professor das Universidades Purdue e Aarhus.

Embora a ferroeletricidade seja comum em compostos, materiais de elemento único como o Te raramente exibem esse comportamento devido às suas estruturas atômicas simétricas.

No entanto, Chen e seus colegas demonstraram que os nanofios de Te exibem propriedades ferroelétricas robustas à temperatura ambiente, graças ao deslocamento atômico único dentro de sua estrutura de cadeia unidimensional. A descoberta foi feita usando microscopia de força de resposta piezo (PFM) e microscopia eletrônica de transmissão de varredura de alta resolução.

Com base nesta descoberta, a equipe desenvolveu um novo dispositivo-um ferroelétrico auto-bloqueado transistor de efeito de campo (SF-FET) – que integra propriedades ferroelétricas e semicondutoras em um único dispositivo. O SF-FET demonstra retenção de dados excepcional, velocidades de comutação rápidas de menos de 20 nanossegundos e uma densidade de armazenamento impressionante superior a 1,9 terabytes por centímetro quadrado.

“Nossa descoberta abre novas oportunidades para dispositivos de memória de próxima geração, onde a alta mobilidade e as propriedades eletrônicas exclusivas dos nanofios Te poderiam ajudar a simplificar as arquiteturas dos dispositivos”, diz Yaping Qi, professor assistente da AIMR e co-autor do estudo.

“Nosso dispositivo SF-FET também poderia desempenhar um papel essential no futuro inteligência synthetic sistemas, permitindo a computação neuromórfica que imita a função do cérebro humano. Além disso, as descobertas podem ajudar a reduzir consumo de energia em dispositivos eletrônicosatendendo à necessidade de tecnologia sustentável.”

Atualmente a equipe da AIMR, composta por Qi e Chen, está explorando novas tecnologias 2D, materiais ferroelétricos utilizando técnicas de inteligência synthetic (IA), em colaboração com o grupo do professor Hao Li. Isso poderia levar à descoberta de mais materiais com propriedades ferroelétricas promissoras ou a outras aplicações além do armazenamento de memória, como a computação neuromórfica.