Команда физиков обнаружила устойчивый сегнетоэлектрический эффект в листе титаната стронция толщиной всего в несколько нанометров. Это открытие может открыть новые пути для поиска новых материалов для наноразмерных устройств. Оно также противоречит ожидаемому поведению сегнетоэлектрических материалов, которые обычно теряют эту способность при уменьшении толщины.

“При изготовлении из титаната стронция очень тонкого слоя он вдруг становится сегнетоэлектриком при комнатной температуре”, - рассказывают исследователи. - “Если вы сделаете его толще, то сегнетоэлектрический эффект пропадает. Это очень странно, так как полностью противоречит всем известным фактам о влиянии толщины на сегнетоэлектрические свойства."

Отличительной особенностью сегнетоэлектриков является возникновение спонтанной поляризации в определенном диапазоне температур. Поляризацией можно управлять с помощью электрического поля. Это качество делает сегнетоэлектрические материалы пригодными для использования в электронных устройствах, таких как чипы памяти компьютера. Тем не менее, при уменьшении толщины стабильность сегнетоэлектрических свойств материалов ухудшается, что ограничивает их полезность в наноэлектронике. Многие ученые проводят исследования, посвященные возможностям создания сегнетоэлектрических материалов, которые могут быть полезны и в нанометровом масштабе.

Титанат стронция часто используется в качестве изоляционного материала в электрических конденсаторах и обычно не является сегнетоэлектриком при комнатной температуре. Но его кристаллы не всегда идеальной формы. Если один из 100 ионов стронция отсутствует в кристаллической решетке, то это может создать поляризованные наноразмерные области внутри кристалла. Обычно, основная часть материала изолирует такие полярные нанообласти. Физики из Университета штата Висконсин изготовили эпитаксиальные пленки титаната стронция на подложке из того же материала, толщиной не больше, чем размер этих полярных нанообластей. Электрические граничные условия в пленках резко изменились, заставляя полярные нанообласти взаимодействовать между собой и совместно реагировать на приложенное электрическое поле. Это позволило выявить переключаемую и стабильную поляризацию, которую команда физиков наблюдала с помощью методов силовой микроскопии.

Эффект был проверен с помощью математического моделирования и электрических измерений, а также микроскопических исследований.

Исследователи пока не знают является ли этот эффект для титаната стронция уникальным, но надеются, что этот подход может быть распространен и на другие подобные диэлектрики.

Источник: D. Lee, H. Lu, Y. Gu, S.- Y. Choi, S.- D. Li, S. Ryu, T. R. Paudel, K. Song, E. Mikheev, S. Lee, S. Stemmer, D. A. Tenne, S. H. Oh, E. Y. Tsymbal, X. Wu, L.- Q. Chen, A. Gruverman, C. B. Eom. Emergence of room-temperature ferroelectricity at reduced dimensions . Science, 2015; 349 (6254): 1314 DOI: 10.1126/science.aaa6442  

 

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта