Le leghe ternarie Ge-Sb-Te (GST) sono utilizzate come materiale attivo in dispositivi di memoria non volatile a transizione di fase, che sfruttano la marcata differenza nelle proprietà elettriche e ottiche tra le fasi amorfa e cristallina e la possibilità di indurre termicamente una transizione rapida e reversibile tra le due fasi. Recentemente, questa tecnologia ha attirato grande interesse per un possibile utilizzo in applicazioni di computazione neuromorfica. Inoltre, questi materiali presentano fasi cristalline lamellari che li accomunano ad altri materiali bidimensionali.
D’altra parte, il composto binario GeTe è ben noto per le sue proprietà ferroelettriche, nonché per essere un semiconduttore Rashba che presenta una separazione gigante delle bande elettroniche con diverso spin.
Un elemento fondamentale per lo studio delle molteplici proprietà di questa famiglia di materiali calcogenuri ed il loro utilizzo in dispositivi avanzati è la qualità cristallina che si può ottenere tramite epitassia da fasci molecolari su substrato di silicio.
In un recente lavoro intitolato “Thick Does the Trick: Genesis of Ferroelectricity in 2D GeTe-Rich (GeTe)m(Sb2Te3)n Lamellae” (doi: 10.1002/advs.202304785) pubblicato su Advanced Science (Impact factor 15.1 - 2022 Journal Impact Factor, Journal Citation Reports (Clarivate Analytics, 2023)) a cui hanno contributo ricercatori del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, si è dimostrato che l’epitassia da fasci molecolari permette di ottenere leghe di (GeTe)m(Sb2Te3)n lamellare ricche in GeTe con proprietà ferroelettriche. Il materiale è stato sviluppato al Paul-Drude-Institut di Berlino nell’ambito del progetto europeo BeforeHand (GA 824957, Horizon2020), che ha visto coinvolti il dipartimento di Scienza dei Materiali ed altri sei partner europei. Grazie all’analisi delle proprietà strutturali delle singole lamelle di GST tramite microscopia elettronica a trasmissione (Università di Groningen) e calcoli di struttura elettronica basati sulla teoria del funzionale della densità (Università di Milano-Bicocca), è stata identificata l’insorgenza di un’asimmetria strutturale in lamelle molto spesse (composte da 25 piani atomici o più) responsabile del comportamento ferroelettrico del materiale. L’inversione della polarizzazione del materiale in seguito all’applicazione di un campo elettrico esterno è stata dimostrata con microscopia a forza di risposta piezoelettrica, in collaborazione con il Politecnico di Milano.
Questo studio dimostra quindi la possibilità di coniugare le ben note funzionalità di transizione di fase del GST a quelle ferroelettriche del GeTe, aprendo la strada per lo sviluppo di dispositivi multifunzionali innovativi. Allo studio guidato dal Dott. Stefano Carlo Cecchi, hanno partecipato il Dott. Daniele Dragoni, Dott. Omar Abou El Kheir ed il Prof. Marco Bernasconi del Dipartimento di Scienza dei Materiali.