Исследователи из Университета Райса совершили прорыв в изучении релаксорных сегнетоэлектриков, обнаружив неожиданное улучшение свойств материала при его сверхтонком состоянии. Команда под руководством Лейна Мартина, директора Института передовых материалов Райса, сфокусировалась на изучении титаната-ниобата свинца-магния (PMN-PT).
PMN-PT представляет собой керамический материал с уникальными свойствами преобразования механической энергии в электрическую и наоборот. Его широко применяют в медицинской визуализации, сборе энергии, газовых датчиках и наноэлектронике. Особенность материала заключается в наличии полярных нанодоменов – областей размером 5-10 нанометров, где локальные диполи выстраиваются в одном направлении.
Джиеун Ким, ныне доцент Корейского института передовых технологий (KAIST), начала этот проект четыре года назад, будучи аспиранткой в Калифорнийском университете Беркли. Исследователи предполагали, что при уменьшении толщины пленок PMN-PT полярные нанодомены будут сокращаться и исчезать, что приведет к потере полезных свойств материала.
Используя ультраяркие рентгеновские лучи в Национальной лаборатории Аргонн, команда провела синхротронную рентгеновскую дифракцию для изучения атомной структуры истончающегося материала. Дополнительно применялась просвечивающая электронная микроскопия для картирования поляризации с атомарным разрешением и молекулярно-динамическое моделирование.
Неожиданным открытием стало обнаружение «золотой середины» – диапазона толщины около 25-30 нанометров (в 10000 раз тоньше человеческого волоса), где PMN-PT демонстрирует улучшенные характеристики. В этом диапазоне значительно повышается фазовая стабильность материала, то есть его способность сохранять структуру и функциональность.
Это открытие открывает новые перспективы для наноэлектромеханических систем, накопителей энергии, пироэлектрического преобразования энергии и магнитоэлектрических устройств следующего поколения. «Никто точно не знал, что произойдет, если мы уменьшим весь материал до размера нанодоменов», – отметила Джиеун Ким.
Исследователи планируют создавать многослойные структуры из сверхтонких слоев PMN-PT и родственных материалов, формируя новые композиты с уникальными свойствами для энергосбережения, низкоэнергетических вычислений и передовых датчиков. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Nanotechnology, предоставляют инженерам новый путь проектирования устройств на основе сверхтонких пленок релаксорных сегнетоэлектриков.
Изображение носит иллюстративный характер
PMN-PT представляет собой керамический материал с уникальными свойствами преобразования механической энергии в электрическую и наоборот. Его широко применяют в медицинской визуализации, сборе энергии, газовых датчиках и наноэлектронике. Особенность материала заключается в наличии полярных нанодоменов – областей размером 5-10 нанометров, где локальные диполи выстраиваются в одном направлении.
Джиеун Ким, ныне доцент Корейского института передовых технологий (KAIST), начала этот проект четыре года назад, будучи аспиранткой в Калифорнийском университете Беркли. Исследователи предполагали, что при уменьшении толщины пленок PMN-PT полярные нанодомены будут сокращаться и исчезать, что приведет к потере полезных свойств материала.
Используя ультраяркие рентгеновские лучи в Национальной лаборатории Аргонн, команда провела синхротронную рентгеновскую дифракцию для изучения атомной структуры истончающегося материала. Дополнительно применялась просвечивающая электронная микроскопия для картирования поляризации с атомарным разрешением и молекулярно-динамическое моделирование.
Неожиданным открытием стало обнаружение «золотой середины» – диапазона толщины около 25-30 нанометров (в 10000 раз тоньше человеческого волоса), где PMN-PT демонстрирует улучшенные характеристики. В этом диапазоне значительно повышается фазовая стабильность материала, то есть его способность сохранять структуру и функциональность.
Это открытие открывает новые перспективы для наноэлектромеханических систем, накопителей энергии, пироэлектрического преобразования энергии и магнитоэлектрических устройств следующего поколения. «Никто точно не знал, что произойдет, если мы уменьшим весь материал до размера нанодоменов», – отметила Джиеун Ким.
Исследователи планируют создавать многослойные структуры из сверхтонких слоев PMN-PT и родственных материалов, формируя новые композиты с уникальными свойствами для энергосбережения, низкоэнергетических вычислений и передовых датчиков. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Nanotechnology, предоставляют инженерам новый путь проектирования устройств на основе сверхтонких пленок релаксорных сегнетоэлектриков.
