Представлен обзор последних теоретических исследований влияния состояния поверхности и явлений экранирования на нуклеацию и рост искусственных нанодоменов в сегнетоэлектриках-полупроводниках. Полученные результаты показывают, что возникновение доменов под действием неоднородного электрического поля зонда силового микроскопа является фазовым переходом первого рода - домены конечного радиуса возникают, если приложенное к зонду электрическое напряжение превышает критическое значение, которое зависит от геометрии иглы, толщины пленки, явлений экранирования и состояния поверхности. Высота энергетического барьера и критические размеры зародыша в значительной степени определяются состоянием поверхности образца: величиной и распределением плотности заряда, экранирующего спонтанную поляризацию снаружи образца.

Рассмотрено состояние фундаментальных и прикладных исследований сегнетоэлектрических нанокомпозитов с полярно-активными свойствами. Продемонстрировано влияние размерных и поверхностных эффектов на полярные свойства сегнетоэлектрических наночастиц. Показано, что форма наночастиц и состояние их поверхности определяет критические размеры, необходимые для сохранения сегнетоэлектричества, вследствие размерных эффектов поля деполяризации, корреляционных эффектов и механических напряжений.

Рассмотрены актуальные теоретические и экспериментальные вопросы, связанные с локальным реверсированием поляризации и пьезоэлектрическим откликом в низкоразмерных полярно-активных структурах. Продемонстрировано, что пьезоэлектрическая силовая микроскопия (ПСМ) используется как для визуализации полярных наноструктур, так и для одновременного управления их локальными характеристиками (например, создание и реверсирование массивов наноразмерных доменов). Показано, что исследование сегнетоэлектрических наноструктур методами ПСМ имеет ряд преимуществ по сравнению с методами атомной силовой микроскопии, поскольку она основана на взаимодействии между электрическими и механическими явлениями, необходимом для функционирования пьезо- и сегнетоэлектрических наноструктур, входящих в состав энергонезависимых ячеек памяти, микроэлектромеханических систем.

Дана информация о таких современных перспективных нанообъектах, как нанотрубки, нанопроводы, графены и клатраты. Продемонстрирована ведущая роль наноразмерности для использования их физических характеристик в современной субмикро-, нано- и оптоэлектронике, устройствах хранения данных и компьютерной памяти, экологической энергетике и медицине. Раскрыты особенности технологии получения нанотрубок из различных материалов и графенов. Обоснована необходимость разработки и внедрения новых альтернативных технологий для успешного использования уникальных свойств наноматериалов.

Рассмотрены современные принципы интеграции и самосборки наноразмерных элементов, их массивов и иерархических структур в электронике. В качестве материалов для наноинтеграции рассмотрены углеродные нанотрубки, графен и клатраты; описаны методы их интеграции для ячеек памяти, наногенераторов, одноэлектронных туннельных и полевых транзисторов, адгезионных материалов и альтернативные технологии самосборки. Показано, что интеграция нанокомпонентов в элементы и массивы возможна с помощью микротехнологии и самосборки. При этом кремниевые материалы могут потерять свою главенствующую роль, уступив место другим неорганическим (углеродным нанотрубкам, графену и клатратам) и органическим соединениям (полимерам и фрагментам ДНК). Особый интерес представляет интеграция комбинации наноэлектроники и наноразмерной оптоэлектроники с микромеханикой. Такая наноинтеграция обладает широкой функциональностью и, возможно, приведет к созданию принципиально новых микро- и наноэлектромеханических систем.

Продемонстрирована ведущая роль наноразмерности для использования физических характеристик наиболее перспективных для применений в современной субмикро- и наноэлектронике, энергонезависимой памяти и экологической энергетике нанотрубок, нанопроводов и нанопленок.

Рассмотрены актуальные вопросы, связанные с локальным пьезоэлектрическим откликом и реверсированием поляризации в сегнетоэлектриках. Изложены термодинамическая теория формирования нанодоменных структур под действием неоднородных электрических полей зонда АСМ, аналитическая теория локального пьезоэлектрического отклика доменной структуры, термодинамика реверсирования поляризации в сегнетоэлектриках с заряженными дефектами и неизовалентными примесями, а также теория элетропроводности доменных стенок в сегнетоэлектриках-полупроводниках. Обосновано, что экспериментальные и теоретические исследования полярно-активных свойств наноматериалов, особенностей формирования их доменной структуры и управления их локальными полярными свойствами с помощью внешних электрических полей представляют собой перспективное направление физики твердого тела.