Phản sắt điện mỏng hơn trở thành sắt điện

Giảm vượt quá một kích thước nhất định, vật liệu phản sắt điện trở thành sắt điện. Kết quả mới này, từ các nhà nghiên cứu ở Mỹ và Pháp, cho thấy rằng việc giảm kích thước có thể được sử dụng để tạo ra các đặc tính bất ngờ trong vật liệu oxit và thực sự là một loạt các hệ thống công nghệ quan trọng khác.

Vật liệu phản sắt điện bao gồm các đơn vị lặp lại đều đặn, mỗi đơn vị có một lưỡng cực điện – một điện tích dương ghép với một điện tích âm. Các lưỡng cực này luân phiên nhau thông qua cấu trúc tinh thể của vật liệu và khoảng cách đều đặn như vậy có nghĩa là các phản sắt điện có sự phân cực thuần bằng không trên thang vĩ mô.

Trong khi chất sắt điện cũng là tinh thể, chúng thường có hai trạng thái ổn định với hai phân cực điện bằng nhau và ngược dấu. Điều này có nghĩa là các lưỡng cực trong các đơn vị lặp lại đều hướng về cùng một hướng. Sự phân cực của các lưỡng cực trong vật liệu sắt điện cũng có thể bị đảo ngược bằng cách đặt một điện trường.

Nhờ những tính chất điện này, chất phản sắt điện có thể được sử dụng trong các ứng dụng lưu trữ năng lượng mật độ cao trong khi chất sắt điện rất tốt cho việc lưu trữ bộ nhớ.

Thăm dò trực tiếp quá trình chuyển đổi pha định hướng kích thước

Trong công việc của họ, được trình bày chi tiết trong Vật liệu tiên tiến, các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Thụy Quan Từ of Đại học Bắc Carolina nghiên cứu về chất phản sắt điện natri niobit (NaNbO₃). Trong khi các nghiên cứu lý thuyết trước đây dự đoán rằng sẽ có sự chuyển pha phản sắt điện sang sắt điện vì vật liệu này được làm mỏng hơn, hiệu ứng kích thước như vậy chưa được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Điều này là do rất khó để tách hoàn toàn hiệu ứng khỏi các hiện tượng khác, chẳng hạn như sức căng phát sinh từ sự không khớp mạng tinh thể giữa màng vật liệu và chất nền mà nó được trồng trên đó.

Để khắc phục vấn đề này, Xu và các đồng nghiệp đã nhấc màng ra khỏi chất nền bằng cách đưa vào một lớp hy sinh (sau đó chúng sẽ hòa tan) giữa hai vật liệu. Phương pháp này cho phép họ giảm thiểu hiệu ứng cơ chất và thăm dò trực tiếp quá trình chuyển pha định hướng theo kích thước trong vật liệu phản sắt điện.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng khi NaNbO₃ các màng mỏng hơn 40 nm, chúng trở thành chất sắt điện hoàn toàn, và trong khoảng từ 40 nm đến 164 nm, vật liệu này chứa các pha sắt điện ở một số vùng và các pha phản sắt điện ở những vùng khác.

Khám phá thú vị

“Một trong những điều thú vị mà chúng tôi phát hiện ra là khi các màng mỏng nằm trong phạm vi có cả vùng sắt điện và phản sắt điện, chúng tôi có thể tạo ra vùng phản sắt điện trở thành sắt điện bằng cách đặt một điện trường,” Xu nói. “Và sự thay đổi này là không thể đảo ngược. Nói cách khác, chúng tôi có thể tạo ra màng mỏng hoàn toàn bằng sắt điện ở độ dày lên tới 164 nm.”

Theo các nhà nghiên cứu, sự thay đổi pha mà họ quan sát được trong các vật liệu phản sắt điện rất mỏng xảy ra khi bề mặt của các màng bị biến dạng. Sự không ổn định ở bề mặt gợn sóng khắp vật liệu – điều không thể xảy ra khi vật liệu dày hơn.

Điốt tường miền sắt điện trở nên linh hoạt

Xu cho biết: “Công trình của chúng tôi cho thấy rằng những hiệu ứng kích thước này có thể được sử dụng như một nút điều chỉnh hiệu quả để kích hoạt các đặc tính bất ngờ trong vật liệu oxit”. Thế giới vật lý. “Chúng tôi hy vọng sẽ khám phá ra nhiều hiện tượng mới nổi hơn trong các hệ thống màng oxit khác bằng cách sử dụng các hiệu ứng này.”

Các nhà nghiên cứu cho biết họ đang nghiên cứu chế tạo NaNbO₃ các thiết bị dựa trên màng mỏng để thăm dò các tính chất điện trên thang vĩ mô. Xu cho biết: “Chúng tôi hy vọng có thể điều khiển độ ổn định pha và thu được các đặc tính điện nâng cao trong các thiết bị này, điều này sẽ hữu ích cho các ứng dụng tiềm năng”.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/thinner-antiferroelectrics-become-ferroelectric/