СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ / ВАН-ДЕР-ВААЛЬСОВЫ МАТЕРИАЛЫ

Реальный полевой транзистор на виртуальном сегнетоэлектрике

Виртуальные сегнетоэлектрики не имеют никакого отношения к виртуальной реальности. Как следует из английского аналога этого термина – incipient ferroelectric (“зарождающийся сегнетоэлектрик”), данное понятие отражает физическое состояние, при котором в дисперсионной зависимости для колебаний кристаллической решетки частота полярной моды с понижением температуры стремится к нулю, но переход в сегнетоэлектрическое состояние так и не реализуется из-за квантовых флуктуаций. Казалось бы, такие материалы бесполезны, однако этот недостаток легко превращается в достоинство, поскольку небольшое воздействие – механическое напряжение, внесение примесей или структурных дефектов может спровоцировать сегнетоэлектрический переход.

Самым известным виртуальным сегнетоэлектриком является титанат стронция SrTiO3, именно его использовали ученые из Penn State Univ. и Univ. of Minnesota (США) для создания полевого транзистора на гетероструктуре из монослоя дисульфида молибдена, служащего проводящим каналом, и наномембраны титаната стронция в качестве затвора (рис.1).

Наномембрана из титаната стронция была получена методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложке из оксида стронция SrO, которую затем стравливали, а пластинку из титаната стронция толщиной 80 нм с помощью полимера переносили на заранее изготовленную с помощью электронно-лучевой литографии структуру, служащую затворным электродом. Далее с методом влажного переноса на поддерживающем слое из ПММА к гетероструктуре прилепляли монослой двумерного полупроводника MoS2 из которого методами электронно-лучевой литографии формировали проводящий канал длиной 1 мкм и напыляли электроды (рис. 1а).

Сток-затворная характеристика полученного устройства при комнатной температуре представлена на рис. 1b, она демонстрирует гистерезис, свидетельствующий о том, что диэлектрический затвор из титаната стронция проявляет сегнетоэлектрические свойства. Однако их “виртуальность” все же проявляется в том, что состояние неустойчиво и в течение минуты разница между высокопроводящим и низкопроводящим состояниями уменьшается на порядок. Тем не менее, такой полевой транзистор при температурах ниже 200 К может работать как криогенная ячейка памяти со временем хранения информации, достигающим 10 лет при температуре 15 К. Время переключения состояния такой ячейки составляет 10 нс, количество циклов перезаписи – не менее 100 тысяч.

Впрочем, не очень стойкое упорядочение при комнатной температуре тоже оказалось востребованным – в нейроморфной электронике, воспроизводящей “в железе” принципы работы мозга, свойство постепенно “забывать” о предыдущих событиях, когда приходят новые импульсы, скорее полезно. Так, авторами [1] при комнатной температуре реализована возможность резервуарных вычислений, иначе говоря, методики к машинному обучению, основанной на нелинейном отклике динамической системы на входной сигнал. При этом один транзистор позволяет распознавать до восьми простейших изображений в матрице 3?3, а три транзистора отчетливо распознают 40 узоров (рис. 2).

Здесь стоит напомнить, что помимо виртуальных сегнетоэлектриков не так давно были обнаружены виртуальные мультиферроики (incipient multiferroic) [2], о них мы писали в ПерсТ [3], то есть в одном элементе наряду с сегнетоэлектрической может реализовываться дополнительная магнитная степень свободы, что, как минимум, удваивает емкость одного элемента и его потенциал в резервуарных вычислениях.

А. Пятаков

1. D.Sen et al., Nat. Commun. 15, 10739 (2024).

2. R.M.Dubrovin et al., Phys. Rev. B 101, 180403 (2020).

3. ПерсТ 27, вып. 11-12, с. 3 (2020), ПерсТ 25, вып. 19-20, с. 4 (2018).

ПерсТ, 2025, том 32, выпуск 3

Источник: vk.com

Комментарии: