Equipe dos EUA confirma que o óxido de háfnio possui antiferroeletricidade intrínseca

De acordo com pt.wedoany.com-Em 25 de setembro, uma equipe de pesquisa da Universidade de Nebraska-Lincoln, nos Estados Unidos, anunciou ter confirmado, por meio de caracterização estrutural, testes elétricos e cálculos teóricos, que o óxido de háfnio possui antiferroeletricidade intrínseca. O estudo relacionado foi publicado na « Science », e a equipe observou, em filmes finos monocristalinos de óxido de háfnio estabilizados por tensão compressiva, uma rede de subpolarização antiparalela, resposta elétrica com dupla histerese e interfaces de fase polarizadas, realizando a verificação direta da estrutura antiferroelétrica e do comportamento elétrico desse material.

A pesquisa utilizou o método de deposição por laser pulsado para preparar filmes ultrafinos de óxido de háfnio sobre substratos cristalinos, estabilizando sua estrutura cristalina antipolar por meio da tensão compressiva gerada pelo substrato. Os experimentos mostraram que, à medida que a espessura do filme diminui, a estrutura antiferroelétrica não se enfraquece, permanecendo estável mesmo quando a espessura é reduzida a cerca de 0,6 nanômetro; a equipe de pesquisa também confirmou que essa estrutura pode se manter sob temperaturas de até 850 °C.

Nos testes elétricos, o óxido de háfnio pode passar do estado antipolar para o estado polar sob a ação de um campo elétrico externo, exibindo a curva de dupla histerese típica de materiais antiferroelétricos. A técnica de microscopia de sonda de varredura foi usada para verificar a comutação do estado de polarização, enquanto a microscopia eletrônica de alta resolução observou diretamente o deslocamento atômico antiparalelo no interior do cristal, e os resultados dos cálculos teóricos concordaram com as observações experimentais.

O artigo intitula-se « Antiferroelectric hafnia down to the 2D limit », e o objeto de estudo são filmes epitaxiais de óxido de háfnio com orientação (111). A equipe confirmou que sua fase ortorrômbica antipolar está de acordo com o modelo de Kittel para materiais antiferroelétricos, e demonstrou que essa estrutura ordenada pode se estender até próximo ao limite bidimensional.

O óxido de háfnio já é amplamente utilizado em dispositivos semicondutores avançados e possui uma base material compatível com o sistema de fabricação CMOS. O estado antiferroelétrico verificado neste estudo apresenta características de comutação de polarização acionada por campo elétrico, podendo ser utilizado em pesquisas de dispositivos como capacitores de alta densidade, memórias não voláteis e refrigeração de estado sólido. Os resultados atuais ainda estão na fase experimental de materiais e filmes finos, e o artigo não divulgou a densidade de energia, densidade de potência, vida útil de ciclos ou cronograma de produção em massa de dispositivos comerciais de armazenamento de energia.