Tutkijat visualisoivat hapen liikkumista ferrosähkömateriaaleissa

Tutkijat visualisoivat hapen liikkumista ferrosähkömateriaaleissa

Edustava kuva Kuvahaku: ANI


Kansainvälisen tutkijaryhmän, mukaan lukien Indian Institute of Science (IISc), uusi tutkimus on paljastanut, kuinka epätavallinen ferrosähkömuoto syntyy tietyissä nanokokoisissa materiaaleissa.

Tiimiin kuului Pavan Nukala, apulaisprofessori Nanotieteiden ja tekniikan keskuksessa (CeNSE), IISc, ja entinen Marie Curie -tutkija Groningenin yliopistossa Alankomaissa, jossa suuri osa työstä tehtiin, sekä Tuhin Chakrabortty, tohtorikoulutettava CeNSE: ssä.



Käyttämällä huipputason atomiresoluutio mikroskopiaa, he osoittivat kokeellisesti ensimmäistä kertaa, että sähkökenttää käytettäessä ferrosähköä syntyy hafniapohjaisiksi oksideiksi kutsutuissa materiaaleissa negatiivisesti varautuneiden happiatomien siirtymisen ja palautuvan liikkeen vuoksi, Bengaluru -pohjainen IISc sanoi lausunnossaan.

Tällaiset materiaalit ovat hyödyllisiä pienitehoisissa muistisovelluksissa Nukalan mukaan, joka on yksi Science-lehdessä julkaistun tutkimuksen vastaavista kirjoittajista.


'' Hafnia-pohjaiset ferrosähköiset muistilaitteet ovat jo tuotannossa, vaikka niiden käyttäytymisen mekanismia ei olisikaan tiedetty '', hän sanoo.

Magneettien tapaan ferrosähköiset materiaalit osoittavat spontaanin polarisaation positiivisten ja negatiivisten varausten erottelusta, jotka voidaan kääntää tai vaihtaa sähkökentän avulla.


Ne eivät kuitenkaan yleensä sovellu miniatyrointiin, koska ne menettävät ferroelektriset ominaisuutensa, kun kide tehdään pienemmäksi kuin tietty koko.

Mutta vuonna 2011 tutkijat osoittivat, että hafnia-pohjaiset oksidit voisivat osoittaa ferrosähköä silloinkin, kun ne ovat nanokokoisia, ja että tämä ferrosähkö todella kasvaa, kun materiaalikoko pienenee, mikä avaa lukuisia mahdollisuuksia mikroelektroniikalle.


Siitä ei kuitenkaan ollut selkeää ymmärrystä siitä, miten ferrosähkö tapahtuu näissä nanokokoisissa materiaaleissa.

Jotkut tutkijat ovat ehdottaneet pakottavia teorioita siitä, miksi ja miten nämä materiaalit vaihtelevat, mutta niitä ei ole toistaiseksi kokeellisesti osoitettu lausunnon mukaan.

Nukala ja hänen kollegansa käyttivät kehittynyttä elektronimikroskopiatekniikkaa, jonka Groningenin yliopiston tutkimusryhmä oli äskettäin kehittänyt ja aiemmin käyttänyt vetyatomin, kevyimmän kemiallisen elementin, visualisoimiseksi.

Uudessa tutkimuksessa he kuvasivat ohutkalvoja hafnium-zirkoniumoksidia kahden elektrodin väliin.


He pystyivät myös seuraamaan atomien, myös hapen, liikkumista reaaliajassa, kun sähkökenttää käytettiin.

Tutkijat havaitsivat, että varatut happiatomit siirtyvät elektrodista toiseen, jolloin hafnia-kerros toimii putkena. Kun sähkökenttä oli päinvastainen, myös muuttoliike muuttui.

He havaitsivat, että tämä siirtymä vaikutti merkittävästi materiaalien ferrosähköön.

Kun putken kokoa pienennettiin (kun laitetta pienennettiin), hapen johtuminen muuttui vankemmaksi. Nämä löydöt vahvistettiin myös Ruotsissa tehdyillä röntgendiffraktiotutkimuksilla.

Hapen kulkeutuminen tapahtuu epäkohtien tai '' tyhjien paikkojen '' vuoksi kristallirakenteessa, Nukala selittää.

'' Nämä rakenteelliset viat ovat avain ferrosähköiseen käyttäytymiseen, ja yleensä ne antavat materiaaleille uusia toimintoja. '' Valoelementtien dynamiikan suoraa kuvaamista elektronimikroskopialla ei ole yritetty vasta äskettäin.

Monien haasteiden joukossa oli elektronimikroskoopilla yhteensopivien hafnia-kondensaattorien valmistus.

Näiden näytteiden suunnittelutyön johti menestyksekkäästi Nukala, joka uskoo, että heidän kehittämänsä protokollat ​​voivat auttaa tutkijoita tekemään vastaavia kokeita muilla materiaaleilla.

Toinen haaste oli mikroskopiatietojen tarkka tilastollinen analyysi.

Nualan opiskelija Chakrabortty, joka on työskennellyt biologisten järjestelmien tilastollisten johtopäätösten parissa, käytti kuvankäsittelytyökaluja todistaakseen, että palautuva hapen migraatio on todellakin tilastollisesti merkittävä.

'' Tutkimuksen tarjoamat oivallukset avaavat uusia mahdollisuuksia suunnitella happea johtavia ferrosähköisiä materiaaleja, joita voitaisiin käyttää pienoismuistiin ja logiikkalaitteisiin '', lausunnossa todettiin.

(Tätä tarinaa ei ole muokannut Everysecondcounts-themovie-henkilökunta, ja se on luotu automaattisesti syndikoidusta syötteestä.)