تصبح المواد المضادة للكهرباء الرقيقة كهرمائية حديدية

وبتصغير حجمها إلى ما هو أبعد من حجم معين ، تصبح المواد المضادة للكهرباء الفيروكهربائية. تظهر هذه النتيجة الجديدة ، من باحثين في الولايات المتحدة وفرنسا ، أنه يمكن استخدام تقليل الحجم لتشغيل خصائص غير متوقعة في مواد الأكسيد وفي الواقع مجموعة من الأنظمة الأخرى المهمة تقنيًا.

تتكون المواد المضادة للكهرباء من وحدات متكررة بانتظام ، ولكل منها ثنائي أقطاب كهربائي - شحنة موجبة مقترنة بشحنة سالبة. تتناوب هذه ثنائيات الأقطاب من خلال التركيب البلوري للمادة ، ويعني هذا التباعد المنتظم أن المواد المضادة للكهرباء الكهروضوئية لها استقطاب صافٍ صفري على المقياس الكبير.

في حين أن المواد الفيروكهربائية هي أيضًا بلورية ، إلا أنها عادة ما يكون لها حالتان ثابتتان مع استقطابين كهربائيين متساويين ومتعاكسين. هذا يعني أن ثنائيات الأقطاب في الوحدات المتكررة تشير جميعها في نفس الاتجاه. يمكن أيضًا عكس استقطاب ثنائيات الأقطاب في مادة كهرمائية من خلال تطبيق مجال كهربائي.

بفضل هذه الخصائص الكهربائية ، يمكن استخدام مضادات الطاقة الكهرومائية في تطبيقات تخزين الطاقة عالية الكثافة بينما تعد الفيروكهربائية جيدة لتخزين الذاكرة.

التحقيق المباشر في انتقال الطور الذي يحركه الحجم

في عملهم ، والذي تم تفصيله في المواد المتقدمة، بقيادة الباحثين رويجوان شو of جامعة نورث كارولينا درس النيوبيت الصوديوم المضاد للكهرباء (NaNbO₃). في حين أن الدراسات النظرية السابقة توقعت أنه يجب أن يكون هناك انتقال طور كهربائي مضاد إلى كهربائي لأن هذه المادة أصبحت أرق ، لم يتم التحقق من تأثير الحجم بشكل تجريبي. كان هذا لأنه كان من الصعب فصل التأثير تمامًا عن الظواهر الأخرى ، مثل الإجهاد الناجم عن عدم تطابق الشبكة بين الفيلم المادي والركيزة التي نمت عليها.

للتغلب على هذه المشكلة ، قام Xu وزملاؤه برفع الفيلم عن الركيزة عن طريق إدخال طبقة ذبيحة (يتم إذابتها بعد ذلك) بين المادتين. سمحت لهم هذه الطريقة بتقليل تأثير الركيزة والتحقيق المباشر في انتقال الطور المدفوع بالحجم في المادة المضادة للكهرباء الكهروضوئية.

وجد الباحثون أنه عند NaNbO₃ كانت الأغشية أرق من 40 نانومتر ، وأصبحت كهربيًا كهربيًا تمامًا ، وأنه بين 40 نانومتر إلى 164 نانومتر ، تحتوي المادة على أطوار كهربية حديدية في بعض المناطق وأطوار مضادة للكهرباء في مناطق أخرى.

اكتشاف مثير

"أحد الأشياء المثيرة التي اكتشفناها هو أنه عندما كانت الأغشية الرقيقة في النطاق حيث توجد مناطق كهربية حديدية ومضادة للكهرباء الكهروضوئية ، يمكننا أن نجعل المناطق المضادة للكهرباء الكهروضوئية من خلال تطبيق مجال كهربائي" ، كما يقول Xu. وهذا التغيير لم يكن قابلاً للعكس. بعبارة أخرى ، يمكننا أن نجعل الغشاء الرقيق كهربيًا كهربيًا بالكامل بسماكة تصل إلى 164 نانومتر ".

وفقًا للباحثين ، فإن تغيرات الطور التي لاحظوها في المواد الرقيقة جدًا المضادة للكهرباء تحدث عندما يتشوه سطح الأغشية. تموج عدم الاستقرار على السطح في جميع أنحاء المادة - وهو أمر غير ممكن عندما تكون المادة أكثر سمكًا.

الثنائيات جدار المجال الكهربي تصبح مرنة

"يوضح عملنا أنه يمكن استخدام تأثيرات الحجم هذه كمقبض ضبط فعال لتشغيل خصائص غير متوقعة في مواد الأكسيد" ، كما يقول Xu عالم الفيزياء. "نتوقع اكتشاف المزيد من الظواهر الناشئة في أنظمة غشاء الأكسيد الأخرى باستخدام هذه التأثيرات."

يقول الباحثون إنهم يعملون على اختلاق NaNbO₃ أجهزة تعتمد على الأغشية الرقيقة لفحص الخواص الكهربائية على النطاق العياني. يقول Xu: "نأمل أن نكون قادرين على معالجة استقرار الطور والحصول على خصائص كهربائية محسّنة في هذه الأجهزة ، والتي ستكون مفيدة للتطبيقات المحتملة".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/thinner-antiferroelectrics-become-ferroelectric/