A vékonyabb antiferroelektromos anyagok ferroelektromossá válnak

Egy bizonyos méret fölé csökkentve az antiferroelektromos anyagok ferroelektromossá válnak. Ez az amerikai és francia kutatók új eredménye azt mutatja, hogy a méretcsökkentés segítségével váratlan tulajdonságokat lehet elérni az oxid anyagokban, sőt számos más technológiailag fontos rendszerben.

Az antiferroelektromos anyagok rendszeresen ismétlődő egységekből állnak, amelyek mindegyikében van egy elektromos dipólus – egy pozitív töltéssel párosítva egy negatív. Ezek a dipólusok váltakoznak az anyag kristályos szerkezetén keresztül, és az ilyen szabályos térközök azt jelentik, hogy az antiferroelektromos anyagoknak nulla a nettó polarizációja a makroskálán.

Míg a ferroelektromos anyagok szintén kristályosak, általában két stabil állapotuk van, két azonos és ellentétes elektromos polarizációval. Ez azt jelenti, hogy az ismétlődő egységek dipólusai mind ugyanabba az irányba mutatnak. A ferroelektromos anyagban lévő dipólusok polarizációja elektromos tér alkalmazásával is megfordítható.

Ezeknek az elektromos tulajdonságoknak köszönhetően az antiferroelektromos anyagok nagy sűrűségű energiatároló alkalmazásokban használhatók, míg a ferroelektromosok memóriatárolásra alkalmasak.

A méretvezérelt fázisátalakulás közvetlen tapintása

Munkájukban, amelyet részletesen a Advanced Materials, az általa vezetett kutatók Ruijuan Xu of Észak-Karolinai Egyetem az antiferroelektromos nátrium-niobitot (NaNbO₃). Míg a korábbi elméleti tanulmányok azt jósolták, hogy antiferroelektromos-ferroelektromos fázisátalakulásra van szükség, mivel ezt az anyagot vékonyabbá teszik, ezt a mérethatást kísérletileg nem igazolták. Ennek az az oka, hogy nehéz volt teljesen elkülöníteni a hatást más jelenségektől, például az anyagfilm és a termesztett szubsztrát közötti rácsos eltérésből származó feszültségtől.

A probléma megoldása érdekében Xu és munkatársai leemelték a fóliát a hordozóról úgy, hogy a két anyag közé egy áldozati réteget helyeztek (amelyet aztán feloldottak). Ez a módszer lehetővé tette számukra, hogy minimalizálják a szubsztrát hatását, és közvetlenül vizsgálják a méretvezérelt fázisátalakulást az antiferroelektromos anyagban.

A kutatók azt találták, hogy amikor a NaNbO₃ A filmek 40 nm-nél vékonyabbak voltak, teljesen ferroelektromossá váltak, és hogy 40 nm és 164 nm között az anyag egyes régiókban ferroelektromos fázisokat, máshol antiferroelektromos fázisokat tartalmaz.

Izgalmas felfedezés

„Az egyik izgalmas dolog, amit találtunk, az volt, hogy amikor a vékony filmek olyan tartományban voltak, ahol ferroelektromos és antiferroelektromos régiók is voltak, az antiferroelektromos régiókat elektromos tér alkalmazásával ferroelektromossá tudtuk tenni” – mondja Xu. „És ez a változás nem volt visszafordítható. Más szavakkal, a vékony filmet teljesen ferroelektromossá tehetjük akár 164 nm vastagságban is.

A kutatók szerint a nagyon vékony antiferroelektromos anyagoknál megfigyelt fázisváltozások a filmek felületének torzulásával jönnek létre. A felület instabilitása hullámzik az anyagban – ez nem lehetséges, ha az anyag vastagabb.

A ferroelektromos tartomány faldiódái rugalmasak lesznek

„Munkánk azt mutatja, hogy ezek a méreteffektusok hatékony hangológombként használhatók az oxid anyagok váratlan tulajdonságainak bekapcsolására” – mondja Xu. Fizika Világa. "Arra számítunk, hogy más oxidmembránrendszerekben is több felbukkanó jelenséget fedezünk fel ezen hatások felhasználásával."

A kutatók azt mondják, hogy a NaNbO előállításán dolgoznak₃ vékony film alapú eszközök az elektromos tulajdonságok makroskálán történő vizsgálatára. "Reméljük, hogy képesek leszünk manipulálni a fázisstabilitást és javítani az elektromos tulajdonságokat ezekben az eszközökben, ami hasznos lesz a potenciális alkalmazásokban" - mondja Xu.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/thinner-antiferroelectrics-become-ferroelectric/