较薄的反铁电体变成铁电体

缩小到一定尺寸后，反铁电材料变成铁电材料。 这项来自美国和法国研究人员的新结果表明，尺寸减小可用于开启氧化物材料以及一系列其他技术上重要系统的意想不到的特性。

反铁电材料由规则的重复单元组成，每个单元都有一个电偶极子——一个正电荷与一个负电荷配对。 这些偶极子在材料的晶体结构中交替出现，这种规则的间距意味着反铁电体在宏观尺度上的净极化为零。

虽然铁电体也是晶体，但它们通常具有两个稳定状态，即两个相等且相反的电极化。 这意味着重复单元中的偶极子都指向同一方向。 铁电材料中偶极子的极化也可以通过施加电场来反转。

由于这些电气特性，反铁电体可用于高密度储能应用，而铁电体则适用于存储器。

直接探测尺寸驱动的相变

在他们的工作中，详述于 先进材料, 研究人员领导 许瑞娟 of 北卡罗来纳大学 研究了反铁电铌酸钠（NaNbO₃). 虽然先前的理论研究预测，随着这种材料变薄，应该存在反铁电到铁电的相变，但这种尺寸效应尚未通过实验得到证实。 这是因为很难将这种效应与其他现象完全区分开来，例如材料薄膜与其生长的基板之间的晶格失配引起的应变。

为了克服这个问题，Xu 和他的同事通过在两种材料之间引入一个牺牲层（然后将其溶解），将薄膜从基板上剥离下来。 这种方法使他们能够最大限度地减少衬底效应，并直接探测反铁电材料中尺寸驱动的相变。

研究人员发现，当 NaNbO₃ 薄膜薄于 40 nm，它们变成完全铁电的，而在 40 nm 到 164 nm 之间，材料在某些区域包含铁电相，在其他区域包含反铁电相。

激动人心的发现

“我们发现的一件令人兴奋的事情是，当薄膜处于同时存在铁电区和反铁电区的范围内时，我们可以通过施加电场使反铁电区成为铁电区，”徐说。 “而且这种变化是不可逆的。 换句话说，我们可以使厚度高达 164 纳米的薄膜完全铁电。”

据研究人员称，他们在非常薄的反铁电材料中观察到的相变是随着薄膜表面的变形而发生的。 表面的不稳定性波及整个材料——当材料较厚时这是不可能的。

铁电畴壁二极管变得灵活

“我们的工作表明，这些尺寸效应可以用作有效的调节旋钮，以开启氧化物材料的意想不到的特性，”Xu 说 物理世界. “我们希望利用这些效应在其他氧化物膜系统中发现更多新现象。”

研究人员表示他们正在致力于制造 NaNbO₃ 基于薄膜的设备来探测宏观尺度的电学特性。 “我们希望能够控制相稳定性并在这些设备中获得增强的电性能，这将对潜在应用有用，”Xu 说。

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