Главная / Физики бросили вызов общепринятым понятиям, обнаружив сегнетоэлектрик
02.10.2015 |
|
 Команда физиков бросила вызов общепринятым понятиям, вызвав устойчивое сегнетоэлектричество в листе титаната стронция толщиной всего в несколько нанометров. Это открытие может привести к новым путям в поиске новых материалов для нанотехнологических устройств.
Открытие также противоречит ожидаемому поведению сегнетоэлектрических материалов, которые обычно теряют стабильную сегнетоэлектрическую поляризацию по мере того, как они становятся тоньше.
Если сделать пленку титаната стронция очень тонкой, она внезапно становится сегнетоэлектриком при комнатной температуре. Если сделать ее плотной, то сегнетоэлектричество исчезает. Это полностью противоречит общеизвестному влиянию толщины материала на его сегнетоэлектрические свойства.
Сегнетоэлектричество, которое представляет собой электрический аналог ферромагнетизма, характеризуется стабильной электрической поляризацией, которая может включаться с применением электрического поля. Это качество делает сегнетоэлектрические материалы пригодными для массива электронных устройств, таких как чипы памяти компьютера. Тем не менее, тенденция материалов терять сегнетоэлектрическую стабильность при уменьшении толщины ограничивает их полезность в наноэлектронике. Многие ученые исследовали методы созданиях сегнетоэлектрических материалов, которые все еще могут быть полезны в размерах нанометровых масштабов.
Титанат стронция, часто используемый в качестве изоляционного материала в диэлектрических конденсаторах, обычно не является сегнетоэлектриком при комнатной температуре. Он является перовскитом - членом семейства сложных оксидных материалов с выделяющимися кубическими кристаллическими структурами. Перовскиты уже давно были признаны по целому ряду полезных физических свойств, в том числе сверхпроводимости, ферромагнетизма и сегнетоэлектричества. В последние годы они изучались с целью их потенциального применения в солнечных элементах.
Но кристаллы не всегда имеют идеальную форму. Если каждый из 100 ионов стронция не имеет кристалл титаната стронция в форме куба, это может привести к появлению поляризованных наноразмерных областей внутри кристалла.
Обычно основной материал служит для того, чтобы изолировать такие полярные нанообласти в изолирующей матрице. Физики из Университета штата Висконсин, однако, изготовили эпитаксиальные пленки титаната стронция, разбросанные по подложке из того же материала - не толще, чем размер этих полярных нанообластей.
Электрические граничные условия в пленках резко изменились, заставляя полярные нанообласти взаимодействовать между собой и реагировать в духе сотрудничества к приложенному электрического поля. Это привело к появлению отключаемой и стабильной поляризации, которую исследователи наблюдали с помощью силовой микроскопии пьезоотклика.
Эффект был проверен с математическим моделированием и электрическими измерениями, а также за счет структурных микроскопических исследований. Пока неизвестно, могут ли другие перовскитовые материалы обладать теми же качествами. Но ученые надеются, что этот подход может быть распространен и на другие перовскитовые диэлектрики, в которых полярные нанообласти контролируются тщательным проектированием структуры дефектной пленки. Это может обеспечить путь к устройствам с пониженной размерностью, где сегнетоэлектричество соединяется с другими свойствами, такими как магнетизм.
|
|
