Õhemad antiferroelektrikud muutuvad ferroelektrilisteks

Vähendatud üle teatud suuruse, muutuvad antiferroelektrilised materjalid ferroelektrilisteks. See USA ja Prantsusmaa teadlaste uus tulemus näitab, et suuruse vähendamist saab kasutada ootamatute omaduste sisselülitamiseks oksiidmaterjalides ja tõepoolest paljudes muudes tehnoloogiliselt olulistes süsteemides.

Antiferroelektrilised materjalid koosnevad regulaarselt korduvatest ühikutest, millest igaühel on elektriline dipool – positiivne laeng, mis on seotud negatiivsega. Need dipoolid vahelduvad läbi materjali kristalse struktuuri ja selline korrapärane vahemaa tähendab, et antiferroelektrilistel ainetel on makroskaalal null netopolarisatsioon.

Kuigi ferroelektrikud on samuti kristalsed, on neil tavaliselt kaks stabiilset olekut kahe võrdse ja vastupidise elektrilise polarisatsiooniga. See tähendab, et korduvate ühikute dipoolid osutavad kõik samas suunas. Ferroelektrilise materjali dipoolide polarisatsiooni saab ümber pöörata ka elektrivälja rakendamisega.

Tänu nendele elektrilistele omadustele saab antiferroelektrikuid kasutada suure tihedusega energiasalvestusrakendustes, samas kui ferroelektrikuid on hea mälu salvestamiseks.

Suurusepõhise faasisiirde otsene sondeerimine

Nende töös, mis on üksikasjalikult kirjeldatud Advanced Materials, juhivad teadlased Ruijuan Xu of Põhja-Carolina ülikool uuris antiferroelektrilist naatriumnioobiiti (NaNbO₃). Kui varasemad teoreetilised uuringud ennustasid, et selle materjali õhemaks muutmisel peaks toimuma antiferroelektriline-ferroelektriline faasiüleminek, ei olnud sellist suuruse mõju eksperimentaalselt kontrollitud. Selle põhjuseks oli asjaolu, et mõju oli raske täielikult eraldada muudest nähtustest, näiteks pingest, mis tuleneb materjali kile ja substraadi vahelisest võre mittevastavusest, millel see oli kasvatatud.

Selle probleemi lahendamiseks tõstsid Xu ja kolleegid kile substraadilt, viies kahe materjali vahele ohvrikihi (mille nad seejärel lahustasid). See meetod võimaldas neil minimeerida substraadi efekti ja otse mõõta suurusest tingitud faasisiiret antiferroelektrilises materjalis.

Teadlased leidsid, et kui NaNbO₃ kiled olid õhemad kui 40 nm, muutusid need täielikult ferroelektriliseks ja vahemikus 40 nm kuni 164 nm sisaldab materjal mõnes piirkonnas ferroelektrilisi faase ja teistes antiferroelektrilisi faase.

Põnev avastus

"Üks põnevaid asju, mille leidsime, oli see, et kui õhukesed kiled olid vahemikus, kus oli nii ferroelektrilisi kui ka antiferroelektrilisi piirkondi, saime elektrivälja rakendamisega muuta antiferroelektrilised piirkonnad ferroelektrilisteks," ütleb Xu. "Ja see muutus ei olnud pöörduv. Teisisõnu võiksime õhukese kile muuta kuni 164 nm paksuse juures täiesti ferroelektriliseks.

Teadlaste sõnul tekivad väga õhukeste antiferroelektriliste materjalide faasimuutused, kui kilede pind moondub. Pinna ebastabiilsused lainetavad kogu materjali ulatuses – midagi, mis pole võimalik, kui materjal on paksem.

Ferroelektrilised domeeni seinadioodid muutuvad paindlikuks

"Meie töö näitab, et neid suuruseefekte saab kasutada tõhusa häälestusnupuna oksiidmaterjalide ootamatute omaduste sisselülitamiseks," räägib Xu. Füüsika maailm. "Me loodame neid efekte kasutades avastada rohkem esilekerkivaid nähtusi teistes oksiidmembraanisüsteemides."

Teadlased ütlevad, et nad töötavad NaNbO valmistamise kallal₃ õhukese kilega seadmed elektriliste omaduste uurimiseks makroskaalal. "Loodame, et suudame manipuleerida faasistabiilsusega ja saada nendes seadmetes paremaid elektrilisi omadusi, mis on potentsiaalsete rakenduste jaoks kasulikud, " ütleb Xu.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/thinner-antiferroelectrics-become-ferroelectric/