더 얇은 반강유전체가 강유전체가 됨

반강유전 물질은 일정 크기 이상으로 줄어들면 강유전체가 된다. 미국과 프랑스 연구원들의 이 새로운 결과는 크기 감소가 산화물 재료와 기술적으로 중요한 다른 시스템의 예상치 못한 특성을 활성화하는 데 사용될 수 있음을 보여줍니다.

반강유전성 물질은 규칙적으로 반복되는 단위로 구성되며 각 단위에는 전기 쌍극자가 있습니다. 양전하와 음전하가 쌍을 이룹니다. 이러한 쌍극자는 재료의 결정 구조를 통해 번갈아 가며 이러한 규칙적인 간격은 반강유전체가 거시적 규모에서 제로 순 분극을 갖는다는 것을 의미합니다.

강유전체도 결정질이지만 일반적으로 두 개의 동일하고 반대인 전기 분극을 가진 두 개의 안정한 상태를 가집니다. 이것은 반복 단위의 쌍극자가 모두 같은 방향을 가리킨다는 것을 의미합니다. 강유전성 물질에서 쌍극자의 분극화는 전기장을 가함으로써 역전될 수도 있습니다.

이러한 전기적 특성 덕분에 반강유전체는 고밀도 에너지 저장 응용 분야에 사용될 수 있으며 강유전체는 메모리 저장에 적합합니다.

크기 중심 위상 전이 직접 조사

에 자세히 설명되어 있는 그들의 작업에서 고급 재료, 연구원이 이끄는 루이주안 쉬 of 노스캐롤라이나대학교 반강유전성 니오바이트 나트륨(NaNbO₃). 이전의 이론 연구에서는 이 물질이 더 얇아짐에 따라 반강유전체에서 강유전체로의 상전이가 있을 것이라고 예측했지만, 이러한 크기 효과는 실험적으로 검증되지 않았습니다. 이는 재료 필름과 성장한 기판 사이의 격자 불일치로 인해 발생하는 변형과 같은 다른 현상과 효과를 완전히 분리하기 어려웠기 때문입니다.

이 문제를 극복하기 위해 Xu와 동료들은 두 재료 사이에 희생층(그 후 용해됨)을 도입하여 기판에서 필름을 들어올렸습니다. 이 방법을 통해 기판 효과를 최소화하고 반강유전성 재료의 크기 구동 상전이를 직접 조사할 수 있었습니다.

연구원들은 NaNbO₃ 필름은 40nm보다 얇아서 완전히 강유전성이 되고 40nm에서 164nm 사이의 물질은 일부 영역에서는 강유전성 상을 포함하고 다른 영역에서는 반강유전성 상을 포함합니다.

흥미로운 발견

"우리가 발견한 흥미로운 것 중 하나는 박막이 강유전성 영역과 반강유전성 영역이 모두 있는 범위에 있을 때 전기장을 적용하여 반강유전성 영역을 강유전성으로 만들 수 있다는 것입니다."라고 Xu는 말합니다. “그리고 이 변화는 되돌릴 수 없었습니다. 즉, 최대 164nm의 두께에서 박막을 완전 강유전성으로 만들 수 있었습니다.”

연구원들에 따르면, 매우 얇은 반강유전성 물질에서 관찰된 상 변화는 필름의 표면이 뒤틀리면서 발생한다. 표면의 불안정성은 재료 전체에 파문을 일으킵니다. 재료가 두꺼울 때는 불가능합니다.

강유전성 도메인 벽 다이오드는 유연해집니다.

"우리의 작업은 이러한 크기 효과가 산화물 재료의 예기치 않은 특성을 활성화하는 효과적인 조정 노브로 사용될 수 있음을 보여줍니다."라고 Xu는 말합니다. 물리 세계. "우리는 이러한 효과를 사용하여 다른 산화막 시스템에서 더 많은 새로운 현상을 발견할 것으로 기대합니다."

연구원들은 NaNbO 제조 작업을 하고 있다고 말합니다.₃ 거시적 규모의 전기적 특성을 조사하기 위한 박막 기반 장치. "우리는 이러한 장치에서 위상 안정성을 조작하고 향상된 전기적 특성을 얻을 수 있기를 희망합니다. 이는 잠재적인 응용 분야에 유용할 것입니다."라고 Xu는 말합니다.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/thinner-antiferroelectrics-become-ferroelectric/