بررسی پاسخ دی‌الکتریک نانوساختارها

یکی از اساتید فیزیک دانشگاه آرکانزاس به همراه همکارانش حساسیت دی‌الکتریک (پاسخ قطبیت ساختارها به میدان الکتریکی) نانوساختارها را مورد آزمایش قرار داده و ویژگی‌های جدید و به ظاهر متناقضی یافته‌اند که می‌تواند نحوه استفاده دانشمندان و مهندسان از این مواد برای تولید ابزارهای الکترونیکی را تغییر دهد.

یکی از اساتید فیزیک دانشگاه آرکانزاس به
همراه همکارانش حساسیت دی‌الکتریک (پاسخ قطبیت ساختارها به میدان الکتریکی)
نانوساختارها را مورد آزمایش قرار داده و ویژگی‌های جدید و به ظاهر متناقضی
یافته‌اند که می‌تواند نحوه استفاده دانشمندان و مهندسان از این مواد برای
تولید ابزارهای الکترونیکی را تغییر دهد.

اینا پونوماروا، لورنت بلایچه، و رافائل رستا از دانشگاه Trieste یافته‌های
خود را در Physical Review Letters منتشر کرده‌اند. پونوماروا و همکارانش
یکی از ویژگی‌های ماده به نام حساسیت دی‌الکتریک یا پاسخ قطبیت ماده به یک
میدان الکتریکی را مورد بررسی قرار دادند. پاسخ‌های دی‌الکتریک قوی به معنی
این است که مهندسان و دانشمندان می‌توانند ابزارهای بسیار حساسی تولید کنند؛
بنابراین دانستن چگونگی به حداکثر رساندن این ویژگی در نانوساختارها به
دانشمندان و محققان کمک خواهد کرد ابزارهای الکترونیکی کوچک و کارایی تولید
کنند.

این محققان از مدل‌های فیزیکی و ریاضی برای بررسی اثر یک میدان الکتریکی
روی یک نانوساختار زیرکونات سرب استفاده نمودند. زیرکونات سرب یک ماده
فروالکتریک است؛ یعنی ماده‌ای که می‌تواند حتی پس از غیاب میدان الکتریکی
ینز قطبیت الکتریکی از خود نشان دهد.

دانشمندان دریافته‌اند که در مقیاس نانو بر خلاف مواد توده‌ای، پاسخ دی‌الکتریک
سه جنبه متفاوت دارد. این جنبه‌ها شامل تغییر قطبیت در پاسخ به میدان
الکتریکی خارجی (که حساسیت خارجی نامیده می‌شود) و تغییر قطبیت در پاسخ به
میدان الکتریکی داخلی (که حساسیت داخلی نامیده می‌شود) می‌باشند. هر دوی
این حساسیت‌ها به شکل ماده وابسته هستند، یعنی اینکه حساسیت یک ماده مشخص
در شکل نانومیله، نانونقطه، یا نانوفیلم با یکدیگر متفاوت است. جنبه سوم که
حساسیت ذاتی نامیده می‌شود، مشخصه نوع ماده است.

پونوماروا و همکارانش دریافتند که حساسیت داخلی می‌تواند منفی باشد؛ به
عبارت دیگر یک میدان الکتریکی مثبت، قطبشی منفی درون ماده ایجاد می‌کند.
این یافته با آنچه قبلاً وجود داشت، در تناقض است. پونوماروا می‌گوید: «باور
بر این بود که حساسیت منفی به معنای ناپایداری سیستم است». این حساسیت منفی
می‌تواند راه را برای درک ابزارهای فناورانه جدید بگشاید.

این محققان همچنین می‌خواستند بدانند زمانی که میدان الکتریکی توسط
الکترودهای کامل ایجاد می‌شود (یعنی بهره ۱۰۰ درصدی) و همچنین زمانی که
بهره الکترودها کمتر از ۱۰۰ درصد است، چه اتفاقی در ماده می‌افتد.
پونوماروا می‌گوید: «در بسیاری از کاربردها یافتن یک الکترود کامل واقعاً
مشکل است». این دانشمندان بر مبنای محاسبات خود دریافتند که بیشترین پاسخ
دی‌الکتریک خارجی زمانی اتفاق می‌افتد که بهره الکترودها حدود ۹۰ درصد است.
این نقطه‌ای را نشان می دهد که در آن ماده را می‌توان به آسانی توسط یک
میدان الکتریکی خارجی دستکاری کرد.