Un metallo (iper)ferroelettrico

In un articolo uscito lo scorso aprile su 'Nature Communications', un gruppo di fisici teorici coordinati dall'Istituto officina dei materiali (Iom) del Cnr ha simulato un innovativo materiale al tempo stesso metallico e ferroelettrico. Lo studio, realizzato da un team con base a Cagliari, ha suscitato notevole interesse dal momento che metallicità e ferroelettricità sono proprietà ritenute incompatibili; si aprono quindi scenari inediti sul fronte conoscitivo e su quello applicativo.

“I ferroelettrici sono caratterizzati da una polarizzazione elettrica intrinseca, permanente e invertibile tramite campi esterni. Non esistono ferroelettrici metallici e, viceversa, non ci sono metalli che siano anche ferroelettrici, o almeno così si riteneva fino a oggi”, dice Vincenzo Fiorentini dell'Università di Cagliari e dell'Iom-Cnr, tra gli autori dello studio. “Utilizzando metodi quantistici predittivi basati sulla teoria del funzionale della densità, abbiamo invece dimostrato l'esistenza di un materiale 'nativamente' metallico e polarizzato, la perovskite multistrato Bi₅Ti­₅O₁₇. Questo è di per sé un risultato concettualmente importante, mai ottenuto prima”.

Nel materiale - in forma di film nanometrico - è presente un campo elettrico generato dalla polarizzazione persistente e 'pilotabile' tramite tensioni esterne, come in un ferroelettrico convenzionale; a differenza dei film ferroelettrici normali, in cui la polarizzazione scompare per effetto del campo elettrico che essa stessa genera, in questo il campo elettrico però sopravvive, analogamente a quel che succede in una ristrettissima classe di materiali detti iperferroelettrici. "Il materiale, cioè, si comporta da iperferroelettrico e in parte questo è dovuto alla carica libera presente nel metallo, che riduce ma non elimina completamente il campo interno”, prosegue Fiorentini.

Sul fronte applicativo, il punto chiave è capire come crescere ed eventualmente funzionalizzare il materiale. “Questo è il problema principale, ma l'interesse è notevole per un materiale come questo in forma di film nanometrico dotato di campo interno invertibile. Si potrebbe, ad esempio, utilizzarlo per elementi 'memristor', che hanno la proprietà di 'ricordare' lo stato elettronico e di associare lo stato di memoria a specifici parametri. E ancora, si potrebbero avere applicazioni nella realizzazione di schermi touch o in ottica”.

La ricerca ha coinvolto, oltre a Fiorentini, Alessio Filippetti (Iom-Cnr), Francesco Ricci (Università di Cagliari e Iom-Cnr, ora all'Università di Louvain), Pietro Delugas (Iom Cnr, Iit, ora alla Sissa) e Jorge Iniguez (Luxembourg Institute of Technology, visiting professor a Cagliari).

Fonte: Alessio Filippetti, Istituto officina dei materiali del CNR , email alessio.filippetti@dsf.unica.it - Vincenzo Fiorentini, Università di Cagliari , email vincenzo.fiorentini@dsf.unica.it -

Per saperne di più: - www.nature.com/ncomms/2016/160404/ncomms11211/full/ncomms1121