硅上的纳米岛为新的电子应用提供了可切换的拓扑纹理

纳米尺度的铁电体展现出丰富的极性和有时旋转的（手性）电磁纹理，这些纹理不仅代表了迷人的物理学，而且有望在未来的纳米电子学中得到应用。例如，超高密度数据存储或极其节能的场效应晶体管。然而，一个症结在于这些拓扑纹理的稳定性，以及如何通过外部电或光刺激来控制和操纵它们

由Catherine Dubourdieu教授（HZB和FU Berlin）领导的一个团队现在在《自然通讯》上发表了一篇论文，开辟了新的视角。他们与图卢兹CEMES-CNRS、亚眠皮卡第大学和卢布尔雅那Jozef Stefan研究所的合作伙伴一起，彻底研究了硅上一类特别有趣的纳米岛，并探索了它们对电操作的适用性

Dubourdieu解释说：“我们已经生产出在硅基板上形成小岛的BaTiO3纳米结构。”。纳米岛呈梯形，尺寸为30-60nm（顶部），并具有稳定的偏振域

Dubourdieu团队的科学家Dong Jik Kim说：“通过微调硅片钝化的第一步，我们可以诱导这些纳米岛的成核。”

这些域可以通过电场可逆地切换。使用垂直和横向压电响应力显微镜（PFM）研究了畴图案

“PFM测量数据和相位场建模都表明了一种中心向下收敛的偏振，这与扫描透射电子显微镜（STEM）的信息非常吻合，”博士生Ibukun Olaniyan说

特别是，科学家们能够检测到导致手性的纳米岛轴周围的旋转成分

Dubourdieu解释说：“这种纹理类似于流入狭窄漏斗的液体漩涡。”。“中心向下收敛的纳米畴可以通过外部电场可逆地切换到中心向上发散的纳米畴。”

“在这项工作中，我们已经证明，通过以适当的方式塑造纳米结构可以稳定手性拓扑结构，”Dubourdieu说。在BaTiO3纳米结构中创建和电操纵手性、旋转、极性纹理的能力在未来的应用中非常有前景 More information: Ibukun Olaniyan et al, Switchable topological polar states in epitaxial BaTiO3 nanoislands on silicon, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54285-z

Journal information: Nature Communications