Studiul teoretic al starilor multiple de polarizare in heterostructuri Feroelectric/Izolator/Feroelectric
Project Director: Dr. Lucian Dragos FILIP
Codul proiectului: PN-III-P1-1.1-TE-2019-0709
Contract nr.: TE 192/2021
Data începerii contractului: 12/01/2021
Data încheierii contractului: 31/12/2022
Valoarea totala a contractului: 431900,00 RON
Abstract: Heterostructurile bazate pe materiale feroelectrice dețin cheia creșterii capacității de stocare în sisteme de calcul. Memoriile cu acces aleator bazate pe materiale feroelectrice au dovedit o stabilitate si viteza de citire/scriere crescuta fata de tehnologia RAM tradițională. Totuși, necesitățile de stocare ale aplicațiilor viitoare sunt în continua creștere ceea ce înseamnă ca FeRAM trebuie sa depășească nu numai costul de producție al memoriilor RAM tradiționale dar și capacitatea de stocare pentru a putea deveni un înlocuitor viabil. Din nefericire, miniaturizarea este limitata de proprietățile feroelectricului, creșterea numărului de stări feroelectrice fiind singura soluție viabila. Folosind doua sau mai multe straturi feroelectrice separate de izolatori se pot obține stări feroelectrice multiple din cuplarea polarizării prin stratul izolator. Proiectul propus se va concentra pe înțelegerea cuplajului polarizării prin stratul izolator și controlarea stabilității stărilor de polarizare multiple. Acest studiu se va realiza prin investigații teoretice și fabricare experimentala de structuri. Aspectele teoretice se vor concentra pe calcule numerice folosind metoda teoriei funcționalului de densitate pentru a investiga interfața feroelectric/izolator și stabilitatea stărilor de polarizare. Aceste rezultate vor fi folosite în realizarea de modele termodinamice pentru simularea curbei de histerezis a polarizării ce poate fi comparata direct cu cea obținuta din măsurători experimentale. Caracterizările
structurale ale heterostructurilor feroelectric/izolator/feroelectric vor da indicii importante despre regiunile de interfață ce pot fi folosite pentru a optimiza calculele numerice. Echipa de cercetare a fost aleasa pentru a echilibra cele doua obiective propuse prin expertiza acumulată atât în modelari teoretice cât și în fabricări și caracterizări experimentale.
Obiectivul principal: al proiectului este optimizarea starilor multiple de polarizare in heterostructuri de tipul feroelectric/izolator/feroelectric (FIF) folosind calcule numerice bazate pe teoria functionalului de densitate (DFT) implementata in suita de calcul Quantum Espresso. Acest obiectiv are ca sub obiective: 1) investigarea rolului izolatorului si a interfetei feroelectric/izolator in stabilitatea starilor multiple de polarizare (tipul materialului izolator, grosimea stratului etc.) si 2) conectarea rezultatelor teoretice cu cele obtinute experimental pe structuri FIF.
Plan de realizare:
Etapa 1: Studiul teoretic al starilor multiple de polarizare in heterostructuri Feroelectric/Izolator/Feroelectric
Act 1.1: Studierea interfetei feroelectric/izolator (PbTiO3/SrTiO3) folosind metoda DFT pentru a stabili influenta polarizarii feroelectrice asupra interfetei cu stratul izolator.
Act 1.2: Studierea intregii heterostructuri Feroelectric/Izolator/Feroelectr ic (PbTiO3/SrTiO3/PbTiO3) folosing metoda DFT. Stabilirea influentei stratului de izolator asupra stabilitatii starilor intermediare de polarizare.
Act. 1.3: Studierea stabilitatii starilor multiple de polarizare coreland rezultate obtinute din teoria termodinamica Landau-Ginzburg-Devonshire si datele obtinute din calculele numerice folosind metoda DFT.
Act. 1.4: Fabricarea si caracterizarea structurilor de tip Feroelectric/Izolator/Feroelectr ic. Se urmareste obtinerea de straturi epitaxiale de inalta calitate cu un numar minim de defecte la interfata folosind metoda de depunere PLD.
Act. 1.5: Compararea rezultatelor teoretice cu cele obtinute din masuratorile experimentale.
Etapa 2: Studiul experimental al starilor multiple de polarizare in heterostructurile Feroelectric/Izolator/Feroelectric
Act. 2.1: Studierea heterostructurii Feroelectric/Izolator/Feroelectric folosing metoda DFT. Stabilirea influentei tipului de strat izolator asupra stabilitatii starilor intermediare de polarizare (ex. BaTiO3).
Act. 2.2: Fabricarea si caracterizarea structurilor de tip Feroelectric/Izolator/Feroelectric. Se urmareste obtinerea de straturi epitaxiale de inalta calitate folosind metoda de depunere PLD pentru straturi diferite de izolator si/sau ferroelectric (ex. Pb(ZrTi)O3/BaTiO3/Pb(ZrTi)O3).
Act. 2.3: Fabricarea si caracterizarea structurilor de tip Feroelectric/Izolator/Feroelectric. Se urmareste studierea efectelor grosimii straturilor feroelectrice si de izolator asupra stabilitatii starilor multiple de polarizare.
Act. 2.4: Caracterizarea electrica si structurala a structurilor obtinute in activitatea anterioara si compararea cu rezultatele obtinute din calculele teoretice.
Act. 2.5: Studierea structurii asimetrice feroelectric/izolator/feroelectric. Se urmareste investigarea aparitiei starilor multiple de polarizare in heterostructuri cu straturi feroelectrice diferite (ex. PbTiO3/SrTiO3/BaTiO3).
Act. 2.6: Compararea rezultatelor teoretice cu cele obtinute din masuratorile experimentale.
Director de proiect: Dr. Lucian D. Filip
Membru echipa: Dr. Georgia A. Boni
Membru echipa: Dr. Cristina Chirila
Membru echipa: Dr. Valeriu Moldoveanu
Published works:
- "Negative Capacitance and Switching Dynamics Control Via Non-Ferroelectric Elements", Andra Georgia Boni, Roxana Patru, Lucian D. Filip, Cristina Chirila, Iuliana Pasuk, Ioana Pintilie, and Lucian Pintilie, ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5(3), 3307-3318, https://doi.org/10.1021/acsaem.1c03890.
- "Indirect Evaluation of the Electrocaloric Effect in PbZrTiO3(20/80)-Based Epitaxial Thin Film Structures", Georgia A. Boni, Lucian D. Filip, Cristian Radu, Cristina Chirila, Iuliana Pasuk, Mihaela Botea, Ioana Pintilie and Lucian Pintilie, Electron. Mater. 2022, 3(4), 344-356, https://doi.org/10.3390/electronicmat3040028.
Lucrari publicate:
- "Negative Capacitance and Switching Dynamics Control Via Non-Ferroelectric Elements", Andra Georgia Boni, Roxana Patru, Lucian D. Filip, Cristina Chirila, Iuliana Pasuk, Ioana Pintilie, and Lucian Pintilie, ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5(3), 3307-3318, https://doi.org/10.1021/acsaem.1c03890.
- "Indirect Evaluation of the Electrocaloric Effect in PbZrTiO3(20/80)-Based Epitaxial Thin Film Structures", Georgia A. Boni, Lucian D. Filip, Cristian Radu, Cristina Chirila, Iuliana Pasuk, Mihaela Botea, Ioana Pintilie and Lucian Pintilie, Electron. Mater. 2022, 3(4), 344-356, https://doi.org/10.3390/electronicmat3040028.
PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE
Copyright © 2024 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved