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Emergent ferroelectricity in subnanometer binary oxide films on silicon

铁电性 材料科学 非易失性存储器 电介质 纳米技术 极化(电化学) 光电子学 反铁电性 偶极子 凝聚态物理 化学 物理 物理化学 有机化学
作者
Suraj Cheema,Nirmaan Shanker,Shang‐Lin Hsu,Yoonsoo Rho,Cheng‐Hsiang Hsu,Vladimir A. Stoica,Zhan Zhang,J. W. Freeland,Padraic Shafer,Costas P. Grigoropoulos,Jim Ciston,Sayeef Salahuddin
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:376 (6593): 648-652 被引量:108
标识
DOI:10.1126/science.abm8642
摘要

The critical size limit of voltage-switchable electric dipoles has extensive implications for energy-efficient electronics, underlying the importance of ferroelectric order stabilized at reduced dimensionality. We report on the thickness-dependent antiferroelectric-to-ferroelectric phase transition in zirconium dioxide (ZrO2) thin films on silicon. The emergent ferroelectricity and hysteretic polarization switching in ultrathin ZrO2, conventionally a paraelectric material, notably persists down to a film thickness of 5 angstroms, the fluorite-structure unit-cell size. This approach to exploit three-dimensional centrosymmetric materials deposited down to the two-dimensional thickness limit, particularly within this model fluorite-structure system that possesses unconventional ferroelectric size effects, offers substantial promise for electronics, demonstrated by proof-of-principle atomic-scale nonvolatile ferroelectric memory on silicon. Additionally, it is also indicative of hidden electronic phenomena that are achievable across a wide class of simple binary materials.
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