Більш тонкі антисегнетоелектрики стають сегнетоелектриками

Зменшивши понад певний розмір, антисегнетоелектричні матеріали стають сегнетоелектриками. Цей новий результат дослідників із США та Франції показує, що зменшення розміру може бути використано для включення несподіваних властивостей у оксидних матеріалів і, справді, ряду інших технологічно важливих систем.

Антисегнетоелектричні матеріали складаються з регулярно повторюваних одиниць, кожна з яких має електричний диполь – позитивний заряд у парі з негативним. Ці диполі чергуються в кристалічній структурі матеріалу, і такий регулярний відстань означає, що антисегнетоелектрики мають нульову чисту поляризацію на макромасштабі.

Хоча сегнетоелектрики також є кристалічними, вони зазвичай мають два стабільних стани з двома рівними та протилежними електричними поляризаціями. Це означає, що всі диполі в повторюваних одиницях спрямовані в одному напрямку. Поляризацію диполів у сегнетоелектричному матеріалі також можна змінити шляхом застосування електричного поля.

Завдяки цим електричним властивостям антисегнетоелектрики можна використовувати для зберігання енергії з високою щільністю, тоді як сегнетоелектрики підходять для зберігання пам’яті.

Безпосереднє дослідження фазового переходу, керованого розміром

У своїй роботі, яка детально в нові матеріали, дослідники під керівництвом Руйдзюань Сюй of Університет Північної Кароліни вивчав антисегнетоелектрик ніобіту натрію (NaNbO₃). У той час як попередні теоретичні дослідження передбачали, що має відбутися фазовий перехід антисегнетоелектрик-сегнетоелектрик, оскільки цей матеріал стає тоншим, такий розмірний ефект не був підтверджений експериментально. Це було тому, що було важко повністю відокремити ефект від інших явищ, таких як деформація, що виникає внаслідок невідповідності ґрат між плівкою матеріалу та підкладкою, на якій він був вирощений.

Щоб подолати цю проблему, Сюй та його колеги підняли плівку з підкладки, ввівши між двома матеріалами жертвенний шар (який вони потім розчинили). Цей метод дозволив їм мінімізувати ефект підкладки та безпосередньо дослідити фазовий перехід, керований розміром, у антисегнетоелектричному матеріалі.

Дослідники виявили, що коли NaNbO₃ плівки були тоншими за 40 нм, вони стали повністю сегнетоелектричними, і що між 40 нм і 164 нм матеріал містить сегнетоелектричні фази в одних областях і антисегнетоелектричні фази в інших.

Захоплююче відкриття

«Одним із захоплюючих речей, які ми виявили, було те, що коли тонкі плівки були в діапазоні, де були як сегнетоелектричні, так і антисегнетоелектричні області, ми могли зробити антисегнетоелектричні області сегнетоелектричними, застосувавши електричне поле», — говорить Сюй. «І ця зміна не була зворотною. Іншими словами, ми могли б зробити тонку плівку повністю сегнетоелектричною при товщині до 164 нм».

За словами дослідників, фазові зміни, які вони спостерігали в дуже тонких антисегнетоелектричних матеріалах, виникають, коли поверхня плівок спотворюється. Нестабільність на поверхні брижі по всьому матеріалу – те, що неможливо, коли матеріал товщий.

Сегнетоелектричні доменні діоди стають гнучкими

«Наша робота показує, що ці ефекти розміру можна використовувати як ефективну ручку налаштування, щоб увімкнути несподівані властивості оксидних матеріалів», — розповідає Сюй. Світ фізики. «Ми очікуємо виявити нові явища в інших системах оксидних мембран, використовуючи ці ефекти».

Дослідники кажуть, що вони працюють над виготовленням NaNbO₃ пристрої на основі тонких плівок для дослідження електричних властивостей на макромасштабі. «Ми сподіваємося, що зможемо маніпулювати фазовою стабільністю та отримати покращені електричні властивості в цих пристроях, які будуть корисні для потенційних застосувань», — говорить Сюй.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/thinner-antiferroelectrics-become-ferroelectric/