Elektrik sahələrində məlumat saxlaya bilən yeni yarımkeçiricilər sinfi daha az enerji ilə işləyən kompüterlərə, kvant dəqiqliyinə malik sensorlara və siqnalların elektrik, optik və akustik formalar arasında çevrilməsinə imkan verə bilər, lakin onların eyni materialda iki əks elektrik qütbləşməsini necə qoruyub saxladıqları sirli idi.

İndi, Miçiqan Universitetində mühəndislərin rəhbərlik etdiyi bir qrup wurtzite ferroelektrik nitridləri adlanan materialların özlərini parçalamamasının səbəbini tapdı.

“Vurtzite ferroelektrik nitridləri bu yaxınlarda kəşf edildi və yaddaş elektronikası, RF (radiotezlik) elektronikası, akustoelektronika, mikroelektromexaniki sistemlər və kvant fotonikasında geniş tətbiq sahəsinə malikdir. Lakin ferroelektrik keçid və yük kompensasiyasının əsas mexanizmi hələ də qalır. Bhattacharya Kolleci Mühəndislik Professoru və Təbiətdə tədqiqatın həmmüəllifi .

“Material necə sabitləşib? Bu, əsasən məlum deyildi.”

Elektrik qütbləşməsi bir az maqnitizmə bənzəyir, lakin çubuq maqnitinin şimal və cənub ucu olduğu halda, elektrik qütbləşmiş materialın müsbət və mənfi bir sonu var. Yeni yarımkeçiricilər bir istiqamətdə qütbləşməyə başlaya bilər. Elektrik sahəsinə məruz qalma materialın qütbləşməsini dəyişə bilər – müsbət son mənfi olur və əksinə – və elektrik sahəsi söndürüldükdən sonra tərs polarizasiya qalır.

Ancaq çox vaxt polarizasiyanı dəyişdirən bütün material deyil. Bunun əvəzinə orijinal qütbləşmə və əks qütbləşmə sahələrinə bölünür. Bu domenlərin qovuşduğu və xüsusən də iki müsbət ucun birləşdiyi yerdə tədqiqatçılar itələmənin materialda niyə fiziki qırılma yaratmadığını başa düşmədilər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=746485419&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=100&lmt=1744866086&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-04-advanced-microelectronics-gen-semiconductor-doesnt.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS45NSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM1LjAuNzA0OS45NSJdLFsiTm90LUEuQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNS4wLjcwNDkuOTUiXV0sMF0.&dt=1744866086819&bpp=1&bdt=121&idt=151&shv=r20250410&mjsv=m202504160101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1744865984%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1744865984%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3De43bb863646b60b8%3AT%3D1735367325%3ART%3D1744865984%3AS%3DAA-AfjbQoPwZqH28q9IwcCLRSzzg&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=7317228203989&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1791&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95355972%2C95355974%2C31091334%2C95354563%2C95354564%2C95357460%2C31091820%2C95344790%2C95357877%2C31091504%2C95356661%2C95356809%2C95357715&oid=2&pvsid=687818760756810&tmod=1588740879&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=164

“Prinsipcə, qütbləşmənin kəsilməsi sabit deyil” dedi Danhao Wang, elektrik və kompüter mühəndisliyi üzrə UM postdoctoral tədqiqatçısı və tədqiqatın həmmüəllifi. “Həmin interfeyslər əvvəllər heç vaxt müşahidə olunmayan unikal atom quruluşuna malikdir. Və daha da maraqlısı odur ki, biz bu strukturun gələcək tranzistorlarda keçirici kanallar üçün uyğun ola biləcəyini müşahidə etdik.”

Mi komandasının rəhbərlik etdiyi eksperimental tədqiqatlar və UM materialşünaslıq və mühəndislik professoru Emmanouil Kioupakis qrupunun rəhbərlik etdiyi nəzəriyyə hesablamaları ilə komanda materialda atom miqyaslı qırılma olduğunu aşkar etdi, lakin bu qırılma onu bir yerdə saxlayan yapışqan yaradır.

İki müsbət ucun birləşdiyi üfüqi birləşmədə kristal quruluş qırılır və bir dəstə sallanan bağlar yaradır. Bu bağlar yarımkeçirici daxilində hər bir domenin kənarındakı artıq müsbət yükü mükəmməl şəkildə tarazlayan mənfi yüklü elektronları ehtiva edir.

Kioupakis, həmçinin Karl F. və Patricia J. Betz Ailə Fakültəsi Alimi və tədqiqatın həmmüəllifi, “Bu, sadə və zərif bir nəticədir – kəskin qütbləşmə dəyişməsi adətən zərərli qüsurlar yaradar, lakin bu halda yaranan qırılan bağlar materialı sabitləşdirmək üçün lazım olan yükü təmin edir” dedi.

“Maraqlısı odur ki, bu ödənişin ləğvi sadəcə şanslı bir qəza deyil – bu, tetrahedranın həndəsəsinin birbaşa nəticəsidir” dedi. “Bu, onu bütün tetraedral ferroelektriklərdə universal sabitləşdirici mexanizmə çevirir – növbəti nəsil mikroelektronik cihazlarda potensialına görə sürətlə diqqəti cəlb edən materiallar sinfi.”

Komanda bunu istifadə etdikləri xüsusi yarımkeçiricinin, skandium qallium nitridin atom quruluşunu aşkar edən elektron mikroskopiya ilə kəşf etdi. Domenlərin birləşdiyi yerdə, adi altıbucaqlı kristal quruluş bir neçə atom təbəqəsi üzərində bükülərək qırılmış bağlar yaratdı. Mikroskop təbəqələrin normaldan daha yaxın olduğunu göstərdi, lakin sallanan bağ strukturunu aşkar etmək üçün sıxlığın funksional nəzəriyyəsi hesablamalarına ehtiyac var idi.

Materialı bir yerdə tutmaqla yanaşı, sallanan bağlardakı elektronlar adi qalium nitrid tranzistoruna nisbətən təxminən 100 dəfə daha çox yükdaşıyıcı ilə birləşmə boyunca elektrik üçün tənzimlənən super magistral yaradır. Qütbləşməni təyin edən elektrik sahəsini tərsinə çevirmək, hərəkət etdirmək, gücləndirmək və ya zəiflətməklə həmin magistral söndürülə və açıla, materialın içərisində hərəkət etdirə və daha çox keçirici hala gətirilə bilər.

Komanda dərhal yüksək cərəyanları dəstəkləyə bilən, yüksək güc və yüksək tezlikli elektronika üçün yaxşı bir sahə effektli tranzistor kimi potensialını gördü. Bundan sonra da tikməyi planlaşdırdıqları budur.

Daha çox məlumat: Ding Wang və digərləri, Wurtzite ferroelektriklərində elektrik sahəsi ilə əlaqəli domen divarları, Təbiət (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08812-7

Jurnal məlumatı: Təbiət Michigan Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir