Τα λεπτότερα αντισιδηροηλεκτρικά γίνονται σιδηροηλεκτρικά

Μειώνοντας πέρα ​​από ένα ορισμένο μέγεθος, τα αντισιδηροηλεκτρικά υλικά γίνονται σιδηροηλεκτρικά. Αυτό το νέο αποτέλεσμα, από ερευνητές στις ΗΠΑ και τη Γαλλία, δείχνει ότι η μείωση του μεγέθους θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ενεργοποίηση απροσδόκητων ιδιοτήτων σε οξείδια και μάλιστα μια σειρά άλλων τεχνολογικά σημαντικών συστημάτων.

Τα αντισιδηροηλεκτρικά υλικά αποτελούνται από μονάδες που επαναλαμβάνονται τακτικά, καθεμία από τις οποίες έχει ένα ηλεκτρικό δίπολο - ένα θετικό φορτίο σε συνδυασμό με ένα αρνητικό. Αυτά τα δίπολα εναλλάσσονται μέσω της κρυσταλλικής δομής του υλικού και τέτοια κανονική απόσταση σημαίνει ότι τα αντισιδηροηλεκτρικά έχουν μηδενική καθαρή πόλωση στη μακροκλίμακα.

Ενώ τα σιδηροηλεκτρικά είναι επίσης κρυσταλλικά, έχουν συνήθως δύο σταθερές καταστάσεις με δύο ίσες και αντίθετες ηλεκτρικές πολώσεις. Αυτό σημαίνει ότι τα δίπολα στις επαναλαμβανόμενες μονάδες δείχνουν όλα προς την ίδια κατεύθυνση. Η πόλωση των διπόλων σε ένα σιδηροηλεκτρικό υλικό μπορεί επίσης να αντιστραφεί με την εφαρμογή ενός ηλεκτρικού πεδίου.

Χάρη σε αυτές τις ηλεκτρικές ιδιότητες, τα αντισιδηροηλεκτρικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας υψηλής πυκνότητας, ενώ τα σιδηροηλεκτρικά είναι καλά για αποθήκευση μνήμης.

Άμεση ανίχνευση της μετάβασης φάσης που βασίζεται στο μέγεθος

Στην εργασία τους, η οποία περιγράφεται αναλυτικά στο Προηγμένων Υλικών, οι ερευνητές με επικεφαλής Ruijuan Xu of Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας μελέτησε τον αντισιδηροηλεκτρικό νιοβίτη νατρίου (NaNbO₃). Ενώ προηγούμενες θεωρητικές μελέτες προέβλεπαν ότι θα έπρεπε να υπάρξει μια μετάβαση φάσης αντισιδηροηλεκτρικό σε σιδηροηλεκτρικό καθώς αυτό το υλικό έγινε πιο λεπτό, ένα τέτοιο φαινόμενο μεγέθους δεν είχε επαληθευτεί πειραματικά. Αυτό συνέβη επειδή ήταν δύσκολο να διαχωριστεί πλήρως το αποτέλεσμα από άλλα φαινόμενα, όπως η τάση που προέκυψε από την αναντιστοιχία του πλέγματος μεταξύ του φιλμ υλικού και του υποστρώματος στο οποίο είχε αναπτυχθεί.

Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα, ο Xu και οι συνεργάτες του σήκωσαν το φιλμ από το υπόστρωμα εισάγοντας ένα στρώμα θυσίας (το οποίο στη συνέχεια διέλυσαν) μεταξύ των δύο υλικών. Αυτή η μέθοδος τους επέτρεψε να ελαχιστοποιήσουν το αποτέλεσμα του υποστρώματος και να διερευνήσουν άμεσα τη μετάβαση φάσης που καθοδηγείται από το μέγεθος στο αντισιδηροηλεκτρικό υλικό.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όταν το NaNbO₃ Οι μεμβράνες ήταν λεπτότερες από 40 nm, έγιναν εντελώς σιδηροηλεκτρικές και ότι μεταξύ 40 nm έως 164 nm, το υλικό περιέχει σιδηροηλεκτρικές φάσεις σε ορισμένες περιοχές και αντισιδηροηλεκτρικές φάσεις σε άλλες.

Συναρπαστική ανακάλυψη

«Ένα από τα συναρπαστικά πράγματα που βρήκαμε ήταν ότι όταν οι λεπτές μεμβράνες βρίσκονταν στην περιοχή όπου υπήρχαν τόσο σιδηροηλεκτρικές όσο και αντισιδηροηλεκτρικές περιοχές, μπορούσαμε να κάνουμε τις αντισιδηροηλεκτρικές περιοχές σιδηροηλεκτρικές εφαρμόζοντας ένα ηλεκτρικό πεδίο», λέει ο Xu. «Και αυτή η αλλαγή δεν ήταν αναστρέψιμη. Με άλλα λόγια, θα μπορούσαμε να κάνουμε το λεπτό φιλμ εντελώς σιδηροηλεκτρικό σε πάχος έως και 164 nm.»

Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι αλλαγές φάσης που παρατήρησαν σε πολύ λεπτά αντισιδηροηλεκτρικά υλικά προκύπτουν καθώς η επιφάνεια των μεμβρανών παραμορφώνεται. Οι αστάθειες στην επιφάνεια κυματίζουν σε όλο το υλικό – κάτι που δεν είναι δυνατό όταν το υλικό είναι παχύτερο.

Οι δίοδοι τοίχου σιδηροηλεκτρικού τομέα γίνονται εύκαμπτες

"Η δουλειά μας δείχνει ότι αυτά τα εφέ μεγέθους μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αποτελεσματικό κουμπί συντονισμού για να ενεργοποιηθούν απροσδόκητες ιδιότητες σε υλικά οξειδίου", λέει ο Xu. Κόσμος Φυσικής. «Αναμένουμε να ανακαλύψουμε περισσότερα αναδυόμενα φαινόμενα σε άλλα συστήματα μεμβράνης οξειδίων χρησιμοποιώντας αυτά τα αποτελέσματα».

Οι ερευνητές λένε ότι εργάζονται για την κατασκευή NaNbO₃ συσκευές βασισμένες σε λεπτή μεμβράνη για την ανίχνευση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων στη μακροκλίμακα. «Ελπίζουμε να είμαστε σε θέση να χειριστούμε τη σταθερότητα φάσης και να αποκτήσουμε βελτιωμένες ηλεκτρικές ιδιότητες σε αυτές τις συσκευές, οι οποίες θα είναι χρήσιμες για πιθανές εφαρμογές», λέει ο Xu.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/thinner-antiferroelectrics-become-ferroelectric/