Antiferoelektrik yang lebih tipis menjadi feroelektrik

Dikurangi melebihi ukuran tertentu, bahan antiferoelektrik menjadi feroelektrik. Hasil baru ini, dari para peneliti di AS dan Prancis, menunjukkan bahwa pengurangan ukuran dapat digunakan untuk mengaktifkan sifat tak terduga dalam bahan oksida dan memang berbagai sistem teknologi penting lainnya.

Bahan antiferroelektrik terdiri dari unit berulang yang teratur, yang masing-masing memiliki dipol listrik – muatan positif dipasangkan dengan muatan negatif. Dipol-dipol ini bergantian melalui struktur kristal material dan jarak teratur seperti itu berarti bahwa antiferoelektrik memiliki polarisasi bersih nol pada skala makro.

Sementara feroelektrik juga berbentuk kristal, mereka biasanya memiliki dua keadaan stabil dengan dua polarisasi listrik yang sama dan berlawanan. Ini berarti dipol dalam unit berulang semuanya mengarah ke arah yang sama. Polarisasi dipol dalam bahan feroelektrik juga dapat dibalik dengan menerapkan medan listrik.

Berkat sifat listrik ini, antiferoelektrik dapat digunakan dalam aplikasi penyimpanan energi dengan kepadatan tinggi, sementara feroelektrik bagus untuk penyimpanan memori.

Secara langsung menyelidiki transisi fase yang digerakkan oleh ukuran

Dalam pekerjaan mereka, yang dirinci dalam advanced Material, para peneliti dipimpin oleh Ruijuan Xu of Universitas Carolina Utara mempelajari sodium niobite antiferoelektrik (NaNbO₃). Sementara studi teoritis sebelumnya memperkirakan bahwa harus ada transisi fase antiferoelektrik ke feroelektrik karena bahan ini dibuat lebih tipis, efek ukuran seperti itu belum diverifikasi secara eksperimental. Ini karena sulit untuk sepenuhnya memisahkan efek dari fenomena lain, seperti regangan yang timbul dari ketidakcocokan kisi antara film material dan substrat yang ditumbuhkannya.

Untuk mengatasi masalah ini, Xu dan rekan mengangkat film dari substrat dengan memasukkan lapisan pengorbanan (yang kemudian dilarutkan) di antara kedua bahan. Metode ini memungkinkan mereka untuk meminimalkan efek substrat dan secara langsung menyelidiki transisi fase yang digerakkan oleh ukuran dalam bahan antiferoelektrik.

Para peneliti menemukan bahwa ketika NaNbO₃ film lebih tipis dari 40 nm, mereka menjadi feroelektrik sepenuhnya, dan antara 40 nm hingga 164 nm, bahan tersebut mengandung fase feroelektrik di beberapa daerah dan fase antiferoelektrik di tempat lain.

Penemuan yang menarik

“Salah satu hal menarik yang kami temukan adalah ketika film tipis berada dalam kisaran di mana terdapat daerah feroelektrik dan antiferoelektrik, kami dapat membuat daerah antiferoelektrik menjadi feroelektrik dengan menerapkan medan listrik,” kata Xu. “Dan perubahan ini tidak dapat dibatalkan. Dengan kata lain, kami dapat membuat lapisan tipis tersebut sepenuhnya bersifat feroelektrik dengan ketebalan hingga 164 nm.”

Menurut para peneliti, perubahan fasa yang mereka amati pada bahan antiferroelektrik yang sangat tipis terjadi ketika permukaan film mengalami distorsi. Ketidakstabilan pada permukaan beriak di seluruh material – sesuatu yang tidak mungkin terjadi jika material lebih tebal.

Dioda dinding domain feroelektrik menjadi fleksibel

“Pekerjaan kami menunjukkan bahwa efek ukuran ini dapat digunakan sebagai kenop penyetelan yang efektif untuk menghidupkan sifat tak terduga dalam bahan oksida,” kata Xu Dunia Fisika. “Kami berharap dapat menemukan lebih banyak fenomena yang muncul dalam sistem membran oksida lain dengan menggunakan efek ini.”

Para peneliti mengatakan mereka sedang mengerjakan pembuatan NaNbO₃ perangkat berbasis film tipis untuk menyelidiki sifat listrik pada skala makro. “Kami berharap dapat memanipulasi stabilitas fasa dan mendapatkan peningkatan sifat kelistrikan pada perangkat ini, yang akan berguna untuk aplikasi potensial,” kata Xu.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/thinner-antiferroelectrics-become-ferroelectric/