Los materiales ferroeléctricos de película delgada muestran patrones característicos en evolución. Crédito:FLOTA
¿Por qué algunos materiales ferroeléctricos muestran patrones en forma de burbuja? mientras que otros se muestran complejos, patrones laberínticos?
Un estudio de FLEET encuentra que la respuesta a los patrones cambiantes en las películas ferroeléctricas radica en la dinámica de no equilibrio, con defectos topológicos que impulsan la evolución posterior.
Los materiales ferroeléctricos pueden considerarse una analogía eléctrica con los materiales ferromagnéticos, con su polarización eléctrica permanente que se asemeja a los polos norte y sur de un imán.
Comprender la física detrás de sus cambios de patrón de dominio es crucial para diseñar electrónica ferroeléctrica avanzada de baja energía. o computación neuromórfica inspirada en el cerebro.
Laberinto vs burbujas:lo que revelan los patrones
Los patrones de dominio característicos de los materiales ferroeléctricos de película delgada están fuertemente influenciados por el tipo de materiales, y por la configuración de la película (sustrato, electrodo, espesor, estructura, etc).
"Queríamos comprender qué impulsa la aparición de un patrón en lugar de otro, "explica la Dra. Qi (Peggy) Zhang (UNSW), quien dirigió experimentos en UNSW.
"Por ejemplo:lo que impulsa la formación de patrones de dominio en forma de mosaico, en lugar de patrones en forma de laberinto. ¿Y por qué impulsaría un cambio posterior al patrón en forma de burbuja? ".
El equipo de investigación buscaba un marco común o una hoja de ruta que impulsara dichos arreglos de dominio.
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"¿Existe una firma topológica en estos estados? ¿Su topología es evolutiva? Y si es así, ¿Cómo es eso? Estos son los tipos de respuestas que buscábamos, "dice el autor principal, el Dr. Yousra Nahas (Universidad de Arkansas).
"Descubrimos que el autopatrón de los dominios polares ferroeléctricos puede entenderse examinando la dinámica de no equilibrio, y que un marco común es el de la cinética de separación de fases.
"También realizamos caracterización topológica, y estudió la evolución del patrón bajo un campo eléctrico aplicado, que reveló el papel crucial de los defectos topológicos en la mediación de la transformación del patrón ".
"Los resultados de este estudio construyen una hoja de ruta (un diagrama de fases de patrones de dominio polar) para que los investigadores lo utilicen cuando quieran 'navegar' a través de la pluralidad de fases moduladas en ferroeléctricos de baja dimensión, dice el coautor principal, el Dr. Sergei Prokhorenko (Universidad de Arkansas).
Por tanto, este estudio es interesante en su propio campo (física de la materia condensada, ferroeléctricos), pero también podría ser relevante para una audiencia interdisciplinaria en lo que respecta a la universalidad de conceptos y resultados.
Coautor Ph.D. estudiante Vivasha Govinden en los laboratorios de ciencia de materiales en UNSW. Crédito:UNSW
El estudio
Los investigadores investigaron las características del dominio y la evolución del dominio de Pb de película delgada (Zr 0.4 Ti 0,6 ) O 3 (o "PZT") a través de un modelo extenso y un estudio experimental (microscopio de fuerza de respuesta piezométrica).
Los investigadores encontraron que:
"Topología y control de patrones de dominio autoensamblados en ferroeléctricos de baja dimensión" se publicó en Comunicaciones de la naturaleza en noviembre de 2020.
