Будущие области применения включают электронику со сверхнизким энергопотреблением, высокопроизводительное энергонезависимое хранилище данных, оптоэлектронику с высокой чувствительностью и гибкую электронику (для сбора энергии или носимую).

Структурно отличающиеся от обычных оксидных сегнетоэлектриков с жесткими решетками, сегнетоэлектрики ван-дер-Ваальса (vdW) имеют стабильные слоистые структуры с сочетанием сильных внутрислойных и слабых межслойных сил.

Эти особые атомные структуры в сочетании с сегнетоэлектрическим порядком приводят к принципиально новым явлениям и функциональным возможностям, не встречающимся в обычных материалах.

"Принципиально новые свойства обнаруживаются, когда эти материалы расслаиваются до атомарно тонких слоев", - говорит автор исследования доктор Давэй Чжан. "Например, происхождение поляризации и механизмы переключения для полярного порядка могут отличаться от обычных сегнетоэлектриков, что обеспечивает новые функциональные возможности материала".

Одним из наиболее интригующих аспектов этих материалов является их легко штабелируемая природа из-за слабых ван-дер-ваальсовых межслойных связей, что означает, что сегнетоэлектрики vdW легко интегрируются с материалами с сильно отличающейся кристаллической структурой, такими как промышленные кремниевые подложки, без проблем на границе раздела.

"Это делает их очень привлекательными в качестве строительных блоков для электроники после закона Мура", - говорит автор, профессор Ян Зайдель, также из UNSW.

С точки зрения приложений и новых функциональных возможностей сегнетоэлектрики vdW предоставляют широкий спектр возможностей для наноэлектроники благодаря их легко достижимому сегнетоэлектричеству на наноуровне и чистым интерфейсам vdW без оборванных связей, которые облегчают интеграцию, совместимую с CMOS (современная кремниевая технология).

В новом обзоре обсуждаются экспериментально подтвержденные сегнетоэлектрические системы vdW и их уникальные характеристики, такие как потенциалы с четырьмя ямами, металлическое сегнетоэлектричество и эффекты дипольной блокировки. В нем также обсуждается спроектированное сегнетоэлектричество vdW в стеках неполярных исходных материалов, созданных путем искусственного нарушения центросимметрии.

Кроме того, демонстрируются инновационные устройства, использующие сегнетоэлектричество vdW, в том числе электронные транзисторы, способные преодолевать фундаментальные термодинамические ограничения, энергонезависимые запоминающие устройства и оптоэлектронные и гибкие устройства. Недавний прогресс и существующие проблемы дают представление о будущих направлениях исследований и приложениях.

"Это относительно новая область, поэтому все еще существует множество проблем, которые необходимо решить, чтобы реализовать весь технологический потенциал этих материалов", - говорит автор доктор Панкадж Шарма. "Например, нам нужно обратиться к методам масштабирования пластин большой площади, равномерности и интеграции. Это позволит разрабатывать футуристическую электронику с низким энергопотреблением и вычислительные решения".

Учитывая недавнее появление сегнетоэлектриков vdW, библиотека материалов для таких систем быстро развивается. Это оставляет простор для новых разработок, таких как мультиферроичность и связанные функциональные возможности нескольких порядков, например сегнетоэлектричество и магнетизм, а также функциональность доменных стенок в таких материалах.