Физики из Австралии выяснили, что соединение вольфрама и теллура одновременно обладает и металлическими свойствами, и представляет собой ферроэлектрик, один из "материалов будущего". Этот сплав может стать основой для сверхэкономичных компьютеров, передает РИА Новости со ссылкой на Science Advances.
- Еще в шестидесятых годах теоретики предсказали, что ферроэлектрические металлы должны существовать, однако мы смогли создать их только сейчас. Другие многослойные металлические материалы тоже должны обладать подобными свойствами, и мы планируем продолжать их поиски, — рассказывает Панкадж Шарма (Pankaj Sharma) из университета Нового Южного Уэльса в Сиднее (Австралия).
Оксид гафния и некоторые другие природные материалы, такие как соли винной кислоты, бария и титана, обладают необычным свойством – электроны в них распределены неравномерно, причем их положением можно управлять, используя сильные электрические поля.
Благодаря этому свойству кристаллы подобных веществ, которые физики называют ферроэлектрики или сегнетоэлектрики, можно использовать в качестве "памяти будущего", информация в которой записывается в виде положения подобных "кучек" электронов.
Она будет работать с такой же скоростью, как и современная ОЗУ, но при этом она не будет терять информацию при отключении питания, и будет почти "вечной" по сравнению с флеш-чипами. Вдобавок, чтение и запись информации потребует крайне небольших порций энергии по сравнению с кремниевыми транзисторами и магнитными дисками, что заметно уменьшит аппетиты компьютеров будущего.
Все существующие материалы подобного типа, как отмечает Шарма, обладают одной общей чертой – все они относятся к категории полупроводников или диэлектриков и ни один из них не представляет собой металл. Несмотря на то, что теория допускает существование таких материалов, многие экспериментаторы не верили в то, что их можно создать на практике, так как их металлическая "половина" должна была заглушать ферроэлектрические свойства.
Австралийские физики выяснили, что подобные "невозможные" металлы все же существуют, и при этом они сохраняют свои свойства при комнатной температуре, экспериментируя с еще одним видом "материалов будущего", сплавом из теллура и вольфрама.
Он относится к числу так называемых "вейлевских полуметаллов". По своей сути эти материалы представляют собой трехмерные аналоги графена, электроны в которых, как и в самом "нобелевском углероде", ведут себя как так называемые фермионы Вейля, частицы, которые не обладают массой, но при этом имеют заряд.
Этот полуметалл, как отмечают исследователи, состоит из упорядоченных слоев металла – вольфрама – и теллура, элемента с полупроводниковыми свойствами. Эта особенность, а также то, что теллурид вольфрама обладает металлическими свойствами и при комнатной температуре, натолкнула ученых на мысль, что данное соединение может иметь и ферроэлектрические свойства.
Они проверили свои подозрения, вырастив несколько кристаллов WTe2 в своей лаборатории и изучив то, как были распределены электроны по их толще при помощи атомно-силового и пьезоэлектрического микроскопа.
К большому удивлению физиков, данный сплав проявлял ферроэлектрические свойства не только при сверхнизких температурах, но и сохранял их в комнатных условиях. При этом он был очень стабильным и не менял своих свойств на протяжении длительного времени.
В прошлом, как предполагают ученые, их коллеги не замечали подобных свойств у теллурида вольфрама по той причине, что они экспериментировали с тонкими пленками, чья поверхность быстро окисляется при контакте с воздухом и превращается в аморфный, а не кристаллический материал.
Используя кусочки из этого материала, ученые собрали прототипы ячеек памяти и успешно записали, а потом и считали из них информацию, поменяв характер распределения электронов внутри них. Это подтвердило, что сплав вольфрама и теллура действительно представляет собой ферроэлектрик, и указало на то, что другие материалы со схожей структурой могут обладать подобными свойствами.4960
