مطالعه خواص فروالکتریکی نانوکریستال‌ها

یک گروه تحقیقاتی چند ملیتی به رهبری محققان آزمایشگاه ملی Lawrence Berkeley به یافته‌های جدیدی درباره خواص فروالکتریکی نانوکریستال‌ها در مقیاس اتمی دست یافتند که برای توسعه نسل آینده تجهیزات ذخیره‌سازی داده حیاتی هستند.

یک گروه تحقیقاتی چند ملیتی به رهبری
محققان آزمایشگاه ملی Lawrence Berkeley به یافته‌های جدیدی درباره خواص
فروالکتریکی نانوکریستال‌ها در مقیاس اتمی دست یافتند که برای توسعه نسل
آینده تجهیزات ذخیره‌سازی داده حیاتی هستند.

فروالکتریسیته خاصیتی است که مواد می‌توانند به‌وسیله آن به‌طور الکتریکی
قطبی شوند. قطبیت ماده می‌تواند با اعمال یک میدان الکتریکی خارجی چرخانده
شود که این خاصیت در ذخیره‌سازی طولانی‌مدت داده‌ها کاربرد دارد.

برخلاف خواص مغناطیسی فوتوفیزیکی، دانش موجود درباره مبانی فیزیکی نانومواد
فروالکتریکی پیشرفت زیادی نکرده است. اخیراً محققان به کمک یک میکروسکوپ
الکترونی به نام TEAM (Transmission Electron Aberration-corrected
Microscope) توانستند از ساختارهایی با انحراف‌های کمتر از یک نانومتر
تصویربرداری کنند. این تصاویر، الگوی انحراف فروالکتریکی در
نانوکریستال‌های هادی ژرمانویم- تلوریم را نشان دادند که با مقایسه آنها با
مطالعات هلوگرافی الکترونی نانوذرات عایق باریم- تیتانات به نتایج دقیق و
جالبی درباره خاصیت فروالکتریکی مواد در مقیاس اتمی دست یافتند.

 

 
تصویر TEAM نانوذرات ژرمانیوم- تلوریوم با قدرت تفکیک اتمی
 
هلوگرافی الکترونی یک روش تداخل‌سنجی با
استفاده از امواج منسجم الکترونی است که برای مشاهده میدان‌های الکتریکی
موضعی در نانوذرات فروالکتریک منفرد به‌کار می‌رود.
 
تصویر هلوگرافی الکترونی نانوذرات باریوم- تیتانات
 
این مطالعه ترکیبی، امکان انجام آزمایش‌های
مستقل از میدان‌های غیرقطبی‌کننده و اثرات ساختار سطح را فراهم کرد. در
نتیجه دانشمندان توانستند عوامل موثر بر ماهیت حالت‌های قطبی فروالکتریکی
مواد در ابعاد مشخص را شناسایی کنند.

نتایج نشان دادند که یک حالت فروالکتریکی تک دامنه با قطبیت خطی، در
نانوکریستال‌هایی با ابعاد کمتر از ۱۰ نانومتر پایدار می‌ماند. همچنین چرخش
قطبیت در دمای اتاق تا ابعاد حدود ۵ نانومتر مشاهده و در زیر این حد آستانه
رفتار فروالکتریکی ناپدید می‌شود. این نتایج نشان می‌دهند که ۵ نانومتر
ابعاد مناسبی برای کاربردهای ذخیره‌سازی داده‌ها است.