设置
  • 日夜间
    随系统
    浅色
    深色
  • 主题色

研究人员在铁电材料中发现一维带电畴壁

发布时间: 来源: 中国科学院

近日,中国科学院物理研究所团队通过激光法,创制了自支撑萤石结构铁电薄膜,并利用电子显微镜技术对薄膜中的一维带电畴壁进行了原子尺度的观测和操控。OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

物质世界存在一类特殊的晶体材料——铁电材料。其内部由许多微小的电学“指南针”组成,这些“指南针”不指示南北,而指示正负电荷中心分离的方向,即自发极化的方向。OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

即使没有外部电场,铁电材料依旧能自发形成正负电荷分离且规则排列的极化状态,同时其极化方向可借助施加外部电场来反转。与指南针能够吸引铁质金属一样,铁电材料中的电学“指南针”也能够吸引附近物质中的电荷,因此,铁电材料在信息存储、传感、人工智能等领域展现出应用潜力OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

在铁电材料中,出于降低系统能量的需求,电学“指南针”并非全部同向排列,而是形成极化方向一致的铁电畴和分隔不同铁电畴的畴壁。OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

这种结构就像一个魔方:当所有小方块颜色相同时,材料便是无畴壁的单一铁电畴;当不同颜色的小方块(即不同极化取向的铁电畴)组合在一起时,其界面就是畴壁。当两个铁电畴的同一极拼在一起,畴壁因电荷聚集而不稳定,需要特殊的“胶水”即电荷补偿机制将它们“粘”在一起,使得带电畴壁具有迥异于铁电畴的物理特性。OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

    同时,畴壁在三维铁电晶体中用于分隔不同的铁电畴,通常被认为是二维面结构,其尺寸远小于畴且具有与畴不同的物理性质。科学家据此提出了畴壁纳米电子学,希望基于畴壁工程来大幅提升器件性能。

自然中,萤石结构铁电材料为构建超小型铁电畴壁提供了平台,其三维晶体结构由极性晶格层和非极性晶格层交替排列组成。OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

铁电极化被限制在分离的极性晶格层中,且各极性晶格层几乎是完全独立的,使得三维铁畴“魔方”变成分离的二维铁畴“拼图”,从而可能存在一维的带电畴壁结构OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

如果一维带电畴壁存在,是怎样的物理机制充当“胶水”来稳定这些带电畴壁?能否人为操控这些畴壁的产生、运动和擦除?OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

研究团队利用激光分子束外延方法,在基底上生长了仅十个晶胞层厚度的萤石结构铁电薄膜,通过化学手段破坏薄膜与衬底的连接使它们能够从衬底上脱离并转移,结合电子显微技术在几十纳米区域内构建出理想的模型物理体系——自支撑萤石铁电薄膜,为开展新物态研究提供了良好的材料平台。OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

团队进一步利用电子显微镜技术,对薄膜中的一维带电畴壁进行了原子尺度的观测和操控。科研人员实现了对这些纳米薄膜晶体结构的全方位原子级观察,基本知晓了薄膜中每一个原子的具体位置,从而发现了一维带电畴壁这种新物态。OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

研究发现,这些带电畴壁被约束在极性晶格层中,厚度和宽度均具有埃级尺寸。畴壁处过量的氧离子或氧空位充当了黏结的“胶水”,从而稳定了这些带电的畴壁。研究同时利用电子辐照产生的局部电场,演示了对这些一维带电畴壁的人工操控。OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

这一工作打破了人们对于三维晶体中畴壁为本征二维结构的传统认知,阐明了萤石铁电体中极化切换与氧离子传输之间的内在耦合关系。OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

同时,埃级尺寸的畴壁单元预期将大幅提升信息存储密度,通过在半个单胞内控制一维畴壁的写入、驱动和擦除,能够实现模拟计算,为开发具有极限密度的人工智能器件载体奠定了科学基础。OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

相关研究成果发表在《科学》(Science)上。OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

论文链接OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

铁电“魔方”示意图。每个小方块类比原子晶格,方块的颜色类比极化状态,相同颜色的小方块组成了畴,不同畴之间的界面即为畴壁(绿色高亮显示)OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

萤石结构铁电材料ZrO2中的一维带电畴壁示意图。铁电ZrO2结构的卡通示意图以及限制在二维极性层内的“头对头”和“尾对尾”型带电畴壁的原子模型OwT速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

中新网上海11月9日电(陈静吕安琪)生长在热带、亚热带海岸的潮间带的红树林,在抵御台风大浪侵袭、高效存贮海岸“蓝碳”及   近日,习近平总书记给中国国际大学生创新大赛参赛学生代表回信,对他们予以亲切勉励并提出殷切希望,在广大高校师生中引发强烈反响。大家纷纷表示,将矢志不渝地投身创新实践,勇担时代使命,在中国式现代化的广阔天地中更好 中国教育报-中国教育新闻网讯(记者 刘玉)日前,以“筑梦青春志在四方,规划启航职引未来”为主题的辽宁省第二届大学生职业规划大赛正式拉开序幕。大赛旨在加强高校生涯教育和就业指导,增强大学生职 中国教育报-中国教育新闻网青岛11月11日讯(记者 刘淼)记者从今天举行的青岛市基础教育扩优提质新闻发布会上获悉,青岛市教育系统近年来加快构建学位充足、布局合理、资源优质的基础教育公共服务 中国教育报-中国教育新闻网讯(记者 欧金昌 通讯员 吴长奎 吴耿 翁就胜)“村委宣传栏就张贴有学生资助政策,开学初资助工作人员还进村宣讲,我们足不出户就能了解资助政策。现在我家三个孩子都享受 当前班级育人工作遇到的挑战 受经济社会发展诸多因素影响,中小学生心理健康状况堪忧。中国科学院心理研究所发布的《中国国民心理健康发展报告(2021—2022)》显示,青少年群体抑郁风险高于成年人 。

本文链接:研究人员在铁电材料中发现一维带电畴壁http://www.sushuapos.com/show-12-2515-0.html

声明:本网站为非营利性网站,本网页内容由互联网博主自发贡献,不代表本站观点,本站不承担任何法律责任。天上不会到馅饼,请大家谨防诈骗!若有侵权等问题请及时与本网联系,我们将在第一时间删除处理。

上一篇: 我国成功实现太空金属3D打印

下一篇: 科学家打造“AI科学家团队” 加速新材料创制

热门资讯

推荐资讯

  • 日榜
  • 周榜
  • 月榜