Nowo odkryte właściwości ferroelektrycznego kryształu rzucają światło na gałąź materiałów

Anonim

W materiałach ferroelektrycznych struktura krystaliczna zniekształca się, dając spontanicznie utworzoną polaryzację i pole elektryczne. Ze względu na tę unikalną właściwość ferroelektryki można znaleźć w dowolnych urządzeniach, od maszyn ultradźwiękowych i wtryskiwaczy do silników wysokoprężnych po pamięć komputera. Materiały ferroelektryczne należą do najbardziej zaawansowanych obecnie dostępnych technologii. Ustalenia, że ​​ferroelektryczność można zaobserwować w materiałach, które wykazują inne spontaniczne przejścia, takie jak ferromagnetyzm, dały początek nowej klasie tych materiałów, znanych jako hybrydowe niewłaściwe ferroelektryki. Jednak właściwości tego rodzaju materiału wciąż nie są w pełni zrozumiałe. Nowe odkrycia opublikowane w Applied Physics Letters, pomagają rzucić światło na te materiały i wskazują na potencjał nowych zastosowań optoelektronicznych i pamięciowych.

Zespół naukowców z Chin scharakteryzował jeden rodzaj hybrydowych niewłaściwych ferroelektrycznych, Ca3Mn2O7. Grupa zbadała właściwości ferroelektryczne, magnetoelektryczne i optyczne. Byli w stanie wykazać ferroelektryczność w Ca3Mn2O7, jak również sprzężenie jej magnetyzmu i ferroelektryczności, kluczową właściwość, która ma potencjał pozwalający na szybsze i bardziej wydajne operacje bitowe w komputerach.

"Nasza praca rozwiązuje długoterminową łamigłówkę w tej dziedzinie, która może przesuwać granice i zwiększać zaufanie, aby kontynuować badania w tej dziedzinie" - powiedział Shuai Dong, autor artykułu na ten temat.

Podobnie jak baterie, ferroelektryki mają naładowane dodatnio i ujemnie bieguny. Główną cechą wyróżniającą tych materiałów jest jednak to, że polaryzację tę można odwrócić za pomocą zewnętrznego pola elektrycznego.

"Może to być przydatne, ponieważ może być używane w urządzeniach do przechowywania informacji jako zer i jedynek" - powiedział Dong. "Również przełączanie polaryzacji może generować prąd, który może być wykorzystywany w czujnikach."

W przeciwieństwie do tradycyjnych ferroelektryków, które bezpośrednio czerpią swoje właściwości z polarnych zniekształceń w siatce kryształu materiału, hybrydowe niewłaściwe ferroelektryki generują polaryzację z połączenia niepolarnych zniekształceń.

Kiedy w 2011 r. Teoretycznie wypróbowano hybrydowe ferroelektryki, zaproponowano dwa materiały. Od tego czasu niemagnetyczne kryształy Ca3Ti2O7- zostały wykazane eksperymentalnie, ale pełna charakterystyka jego magnetycznego odpowiednika, Ca3Mn2O7, pozostała nieuchwytna.

"W Ca3Mn2O7 udowodniono, że wiele przejść, a także rozdział faz, jest bardziej złożony niż wcześniejsze teoretyczne oczekiwania" - powiedział Dong. "Materiał ten jest złożony, a wyciek jest poważny, co uniemożliwia bezpośredni pomiar jego ferroelektryczności w wysokiej temperaturze."

Aby lepiej zrozumieć Ca3Mn2O7, Dong i jego współpracownicy potwierdzili ferroelektryczność materiału za pomocą pomiarów piroelektrycznych, które badają jego właściwości elektryczne w zakresie temperatur, jak również zmierzone pętle ferroelektryczne Ca3Mn2O7, metodę, która łagodzi pewien wyciek z zewnątrz. Dalsze badania wykazały, że Ca3Mn2O7 wykazuje słaby ferromagnetyzm, który może być modulowany przez pole elektryczne.

Stwierdzono, że Ca3Mn2O7, materiał o długich tradycjach, który miał właściwości ferroelektryczne i magnetoelektryczne, wykazywał również silne pochłanianie światła widzialnego w szczelinie pasmowej, dobrze dostosowanej do urządzeń fotoelektrycznych. Ta cecha Ca3Mn2O7 może utorować drogę do wykorzystania materiału w dowolnym miejscu, od ogniw fotowoltaicznych po czujniki światła z wbudowanym polem elektrycznym, co prowadzi do większego fotogeneracji napięcia niż dzisiejsze urządzenia.

"Najbardziej zaskakujące dla nas było to, że nikt wcześniej nie zauważył jego znacznej absorpcji światła" - powiedział Dong.

W przyszłości Dong powiedział, że ma nadzieję zbadać właściwości fotoelektryczne Ca3Mn2O7, a także zbadać, czy wprowadzenie żelaza do kryształu zwiększy jego magnetyzm.

menu
menu