אנטי-פרואלקטריים דקים יותר הופכים לפרו-אלקטריים

מצטמצמים מעבר לגודל מסוים, חומרים אנטי-פרואלקטריים הופכים לפרו-אלקטריים. תוצאה חדשה זו, של חוקרים בארה"ב ובצרפת, מראה שניתן להשתמש בהפחתת גודל כדי להפעיל תכונות בלתי צפויות בחומרי תחמוצת ואכן במגוון מערכות חשובות טכנולוגית אחרות.

חומרים אנטי-פרואלקטריים מורכבים מיחידות שחוזרות על עצמן באופן קבוע, שלכל אחת מהן יש דיפול חשמלי - מטען חיובי יחד עם אחד שלילי. דיפולים אלה מתחלפים דרך המבנה הגבישי של החומר ומרווחים קבועים כאלה פירושם שלאנטי-פרואלקטריה יש אפס קיטוב נטו בסולם המאקרו.

בעוד שהפרואלקטריות הן גם גבישיות, יש להן בדרך כלל שני מצבים יציבים עם שני קיטובים חשמליים שווים והפוכים. המשמעות היא שהדיפולים ביחידות החוזרות מצביעות כולם לאותו כיוון. ניתן להפוך את הקיטוב של הדיפולים בחומר פרו-אלקטרי גם על ידי הפעלת שדה חשמלי.

הודות לתכונות החשמליות הללו, ניתן להשתמש באנטי-פרואלקטריים ביישומי אחסון אנרגיה בצפיפות גבוהה בעוד ש-ferro-elektrיקה טובה לאחסון זיכרון.

בדיקה ישירה של מעבר הפאזה מונע הגודל

בעבודתם, המפורטת ב חומרים מתקדמים, החוקרים בראשות Ruijuan Xu of אוניברסיטת צפון קרולינה חקר את נתרן ניוביט אנטי-פרואלקטרי (NaNbO₃). בעוד שמחקרים תיאורטיים קודמים חזו שאמור להיות מעבר פאזה אנטי-פרואלקטרי לפרו-אלקטרי מכיוון שחומר זה נעשה דק יותר, אפקט גודל כזה לא אומתה בניסוי. הסיבה לכך היא שקשה היה להפריד לחלוטין את ההשפעה מתופעות אחרות, כמו המתח הנובע מאי התאמה של הסריג בין סרט החומר למצע עליו גדל.

כדי להתגבר על בעיה זו, שו ועמיתיו הרימו את הסרט מהמצע על ידי החדרת שכבת קורבן (שאז הם התמוססו) בין שני החומרים. שיטה זו אפשרה להם למזער את אפקט המצע ולבחון ישירות את מעבר הפאזה מונע הגודל בחומר האנטי-פרואלקטרי.

החוקרים גילו שכאשר ה-NaNbO₃ הסרטים היו דקים יותר מ-40 ננומטר, הם הפכו לפרו-אלקטריים לחלוטין, וכי בין 40 ננומטר ל-164 ננומטר, החומר מכיל פאזות פרו-אלקטריות באזורים מסוימים ופאזות אנטי-פרואלקטריות באחרים.

תגלית מרגשת

"אחד הדברים המרגשים שמצאנו היה שכאשר הסרטים הדקים היו בטווח שבו היו אזורים פרו-אלקטריים וגם אנטי-פרואלקטריים, נוכל להפוך את האזורים האנטי-פרואלקטריים לפרו-אלקטריים על-ידי הפעלת שדה חשמלי", אומר שו. "והשינוי הזה לא היה הפיך. במילים אחרות, נוכל להפוך את הסרט הדק לפרו-אלקטרי לחלוטין בעוביים של עד 164 ננומטר."

לטענת החוקרים, שינויי הפאזות שצפו בחומרים אנטי-פרואלקטריים דקים מאוד מתרחשים כאשר פני השטח של הסרטים מתעוותים. חוסר יציבות על פני השטח אדוות לאורך החומר - דבר שאינו אפשרי כאשר החומר עבה יותר.

דיודות קיר תחום פרו-אלקטרי מתגמישות

"העבודה שלנו מראה שהשפעות הגודל הללו יכולות לשמש כפתור כוונון יעיל להפעלת תכונות בלתי צפויות בחומרי תחמוצת", אומר שו עולם הפיזיקה. "אנו מצפים לגלות תופעות מתעוררות יותר במערכות ממברנות תחמוצת אחרות באמצעות ההשפעות הללו."

החוקרים אומרים שהם עובדים על ייצור NaNbO₃ מכשירים מבוססי סרט דק כדי לחקור את התכונות החשמליות בסולם המאקרו. "אנו מקווים שנוכל לתפעל את יציבות הפאזה ולהשיג תכונות חשמליות משופרות במכשירים אלה, שיהיו שימושיים עבור יישומים פוטנציאליים", אומר שו.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/thinner-antiferroelectrics-become-ferroelectric/