Antiferoelectricii mai subțiri devin feroelectrici

Reduse peste o anumită dimensiune, materialele antiferoelectrice devin feroelectrice. Acest nou rezultat, de la cercetători din SUA și Franța, arată că reducerea dimensiunii ar putea fi folosită pentru a activa proprietăți neașteptate ale materialelor oxidice și într-adevăr o serie de alte sisteme importante din punct de vedere tehnologic.

Materialele antiferoelectrice constau din unități care se repetă în mod regulat, fiecare dintre ele având un dipol electric - o sarcină pozitivă asociată cu una negativă. Acești dipoli alternează prin structura cristalină a materialului și o astfel de distanță regulată înseamnă că antiferoelectricii au polarizare netă zero la scară macro.

În timp ce feroelectricii sunt, de asemenea, cristalini, ei au de obicei două stări stabile cu două polarizări electrice egale și opuse. Aceasta înseamnă că dipolii din unitățile care se repetă sunt toate îndreptate în aceeași direcție. Polarizarea dipolilor dintr-un material feroelectric poate fi, de asemenea, inversată prin aplicarea unui câmp electric.

Datorită acestor proprietăți electrice, antiferoelectricii pot fi utilizați în aplicații de stocare a energiei de înaltă densitate, în timp ce feroelectricii sunt buni pentru stocarea memoriei.

Testarea directă a tranziției de fază determinată de dimensiune

În lucrarea lor, care este detaliată în Materiale avansate, cercetătorii conduși de Ruijuan Xu of Universitatea din Carolina de Nord a studiat niobitul de sodiu antiferoelectric (NaNbO₃). În timp ce studiile teoretice anterioare au prezis că ar trebui să existe o tranziție de fază antiferoelectrică la ferroelectrică, deoarece acest material a fost făcut mai subțire, un astfel de efect de dimensiune nu a fost verificat experimental. Acest lucru se datorează faptului că a fost dificil să se separe complet efectul de alte fenomene, cum ar fi deformarea rezultată din nepotrivirea rețelei dintre filmul de material și substratul pe care a crescut.

Pentru a depăși această problemă, Xu și colegii au ridicat filmul de pe substrat introducând un strat de sacrificiu (pe care apoi l-au dizolvat) între cele două materiale. Această metodă le-a permis să minimizeze efectul de substrat și să probeze direct tranziția de fază determinată de dimensiune în materialul antiferoelectric.

Cercetătorii au descoperit că atunci când NaNbO₃ filmele au fost mai subțiri de 40 nm, au devenit complet feroelectrice, iar între 40 nm și 164 nm, materialul conține faze feroelectrice în unele regiuni și faze antiferoelectrice în altele.

Descoperire emoționantă

„Unul dintre lucrurile interesante pe care le-am găsit a fost că, atunci când filmele subțiri erau în intervalul în care existau atât regiuni feroelectrice, cât și regiuni antiferoelectrice, am putea face regiunile antiferoelectrice feroelectrice prin aplicarea unui câmp electric”, spune Xu. „Și această schimbare nu a fost reversibilă. Cu alte cuvinte, am putea face filmul subțire complet feroelectric la grosimi de până la 164 nm.”

Potrivit cercetătorilor, schimbările de fază pe care le-au observat în materialele antiferoelectrice foarte subțiri apar pe măsură ce suprafața filmelor se deformează. Instabilitățile la suprafață se ondula pe tot materialul - ceva ce nu este posibil atunci când materialul este mai gros.

Diodele de perete din domeniul ferroelectric devin flexibile

„Munca noastră arată că aceste efecte de dimensiune pot fi folosite ca un buton de reglare eficient pentru a activa proprietăți neașteptate ale materialelor oxidice”, spune Xu. Lumea fizicii. „Ne așteptăm să descoperim mai multe fenomene emergente în alte sisteme de membrană de oxid folosind aceste efecte.”

Cercetătorii spun că lucrează la fabricarea NaNbO₃ dispozitive pe bază de peliculă subțire pentru a sonda proprietățile electrice la scară macro. „Sperăm să putem manipula stabilitatea fazei și să obținem proprietăți electrice îmbunătățite în aceste dispozitive, care vor fi utile pentru potențiale aplicații”, spune Xu.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/thinner-antiferroelectrics-become-ferroelectric/