Onderzoekers van het Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hebben, samen met internationale partners, een nieuwe manier ontdekt om miniatuurstructuren op silicium te manipuleren. Deze zogenoemde nano-eilanden, niet groter dan een fractie van een zandkorrel, blijken elektrische patronen te bevatten die kunnen worden aangepast. Dit biedt mogelijkheden voor dataopslag en energiezuinige technologieën.

Nano-eilanden zijn piepkleine structuren, gemaakt van bariumtitanaat (BaTiO3), die bovenop een siliciumlaag worden gevormd. De eilandjes hebben een trapeziumvorm en zijn slechts 30 tot 60 nanometer breed. Wat deze structuren zo bijzonder maakt, is dat ze een soort elektrische draaikolken kunnen creëren. Deze draaikolken zijn stabiel en kunnen worden omgekeerd met behulp van een elektrische prikkel. Een van de onderzoekers beschrijft het als volgt: “De textuur lijkt op een vortex van vloeistof die in een nauwe trechter stroomt.”
Hoe werkt het?
De onderzoekers ontdekten dat deze draaikolken ontstaan door de manier waarop de eilandjes worden gemaakt. Ze passen eerst de ondergrond van silicium aan, waardoor het materiaal zich gedraagt als een soort fundament dat de vorming van de eilandjes beïnvloedt. Vervolgens bestudeerden ze de elektrische patronen in de eilandjes met geavanceerde microscopen, zoals piëzoresponskrachtmicroscopie (PFM). Deze technieken lieten zien dat de elektrische velden in het midden van de eilandjes naar elkaar toe bewegen of juist van elkaar weg kunnen worden geduwd. Dit kan met precisie worden gestuurd door een elektrisch signaal.
Waarom is dit belangrijk?
De mogelijkheid om zulke draaikolken te manipuleren is een belangrijke stap vooruit in de ontwikkeling van toekomstige technologieën. Denk bijvoorbeeld aan:
- Dataopslag: Omdat deze structuren zo klein zijn, kunnen ze bijdragen aan de ontwikkeling van extreem compacte data-opslagmethoden.
- Energiezuinige chips: Elektrische apparaten kunnen efficiënter worden door gebruik te maken van deze gecontroleerde elektrische patronen.
Hoewel de toepassingen nog in de onderzoeksfase zitten, ziet het team veel potentie. “We hebben laten zien dat chiraal-topologische texturen gestabiliseerd kunnen worden door de vorm van nanostructuren zorgvuldig te ontwerpen”, legt onderzoeksleider Catherine Dubourdieu uit.