Tanjši antiferoelektriki postanejo feroelektriki

Zmanjšani nad določeno velikost postanejo antiferoelektrični materiali feroelektrični. Ta nov rezultat raziskovalcev iz ZDA in Francije kaže, da bi zmanjšanje velikosti lahko uporabili za vklop nepričakovanih lastnosti v oksidnih materialih in celo vrsti drugih tehnološko pomembnih sistemov.

Antiferoelektrični materiali so sestavljeni iz redno ponavljajočih se enot, od katerih ima vsaka električni dipol – pozitivni naboj v paru z negativnim. Ti dipoli se izmenjujejo skozi kristalno strukturo materiala in tak pravilen razmik pomeni, da imajo antiferoelektriki ničelno neto polarizacijo na makroskali.

Medtem ko so feroelektriki tudi kristalni, imajo običajno dve stabilni stanji z dvema enakima in nasprotnima električnima polarizacijama. To pomeni, da vsi dipoli v ponavljajočih se enotah kažejo v isto smer. Polarizacijo dipolov v feroelektričnem materialu lahko obrnemo tudi z uporabo električnega polja.

Zahvaljujoč tem električnim lastnostim se lahko antiferoelektriki uporabljajo v aplikacijah za shranjevanje energije z visoko gostoto, medtem ko so feroelektriki dobri za shranjevanje pomnilnika.

Neposredno preizkušanje faznega prehoda, ki ga poganja velikost

V svojem delu, ki je podrobno opisano v Napredni materiali, raziskovalci pod vodstvom Ruijuan Xu of Univerza Severne Karoline preučevali antiferoelektrični natrijev niobit (NaNbO₃). Medtem ko so prejšnje teoretične študije napovedovale, da bi moral priti do faznega prehoda iz antiferoelektričnega v feroelektrični, ko je bil ta material tanjši, tak učinek velikosti ni bil eksperimentalno preverjen. To je bilo zato, ker je bilo težko popolnoma ločiti učinek od drugih pojavov, kot je deformacija, ki izhaja iz neskladja mreže med filmom materiala in substratom, na katerem je bil zrasel.

Da bi rešili to težavo, so Xu in sodelavci film dvignili s substrata z uvedbo žrtvene plasti (ki so jo nato raztopili) med obema materialoma. Ta metoda jim je omogočila zmanjšanje učinka substrata in neposredno sondiranje faznega prehoda, ki ga poganja velikost, v antiferoelektričnem materialu.

Raziskovalci so ugotovili, da ko NaNbO₃ so bili filmi tanjši od 40 nm, so postali popolnoma feroelektrični in da med 40 nm in 164 nm material vsebuje feroelektrične faze v nekaterih regijah in antiferoelektrične faze v drugih.

Razburljivo odkritje

"Ena od vznemirljivih stvari, ki smo jih ugotovili, je bila, da ko so bili tanki filmi v območju, kjer sta bila tako feroelektrična kot antiferoelektrična območja, smo lahko naredili antiferoelektrična področja feroelektrična z uporabo električnega polja," pravi Xu. »In ta sprememba ni bila reverzibilna. Z drugimi besedami, lahko naredimo tanek film popolnoma feroelektričen pri debelinah do 164 nm.

Po mnenju raziskovalcev se fazne spremembe, ki so jih opazili v zelo tankih antiferoelektričnih materialih, pojavijo, ko se površina filmov popači. Nestabilnost na površini valovi po celotnem materialu – nekaj, kar ni mogoče, če je material debelejši.

Feroelektrične domenske diode postanejo prožne

"Naše delo kaže, da lahko te učinke velikosti uporabimo kot učinkovit gumb za uravnavanje za vklop nepričakovanih lastnosti v oksidnih materialih," pravi Xu Svet fizike. "Pričakujemo, da bomo z uporabo teh učinkov odkrili več pojavov v drugih sistemih oksidnih membran."

Raziskovalci pravijo, da delajo na izdelavi NaNbO₃ naprave na osnovi tankega filma za sondiranje električnih lastnosti na makroskali. "Upamo, da bomo lahko manipulirali s fazno stabilnostjo in pridobili izboljšane električne lastnosti v teh napravah, kar bo koristno za potencialne aplikacije," pravi Xu.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/thinner-antiferroelectrics-become-ferroelectric/