Al adoptar un enfoque "de abajo hacia arriba", Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han observado por primera vez que "el tamaño sí importa" en lo que respecta a la "piroelectricidad", la corriente / voltaje desarrollado en respuesta a las fluctuaciones de temperatura que habilita tecnologías como sensores infrarrojos, Vision nocturna, y unidades de conversión de energía, para nombrar unos pocos.
"Controlar y manipular el calor para aplicaciones como la recolección de energía de calor residual, tecnologías de refrigeración integradas, emisión de electrones, y funciones relacionadas es un apasionante campo de estudio en la actualidad, "explicó Lane Martin, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en Illinois. "Tradicionalmente, estos sistemas se han basado en materiales a granel, pero los dispositivos a nanoescala del futuro requerirán cada vez más películas delgadas ferroeléctricas.
"Medir la respuesta piroeléctrica de películas delgadas es difícil y ha restringido la comprensión de la física de la piroelectricidad, incitando a algunos a etiquetarlo como 'una de las propiedades menos conocidas de los materiales sólidos', "Este trabajo proporciona el estudio experimental y de modelado más completo y detallado de esta región de materiales ampliamente desconocida y tiene implicaciones directas para los dispositivos de próxima generación", agregó Martin.
Los investigadores encontraron que la reducción de las dimensiones de los ferroeléctricos aumenta su susceptibilidad a los efectos inducidos por el tamaño y la tensión. El periódico del grupo, "Efecto de las paredes de dominio de 90 grados y el desajuste de expansión térmica en las propiedades piroeléctricas del PbZr epitaxial 0,2 Ti 0,8 O 3 Peliculas delgadas, "aparece en el diario Cartas de revisión física .
"Lo que hicimos en este trabajo fue desarrollar un nuevo enfoque para utilizar y comprender una clase de materiales importantes para todas estas aplicaciones, ", Dijo Martin." Al pasar a un enfoque 'de abajo hacia arriba' que produce versiones a nanoescala de estos materiales como películas delgadas, hemos observado, por primera vez, que ciertas características, a saber, muros de dominio, puede ser increíblemente importante e incluso dominar la respuesta dependiente de la temperatura y el rendimiento de estos materiales ".
Según J. Karthik, el primer autor del artículo del grupo, La epitaxia de película delgada se ha desarrollado para proporcionar un conjunto de parámetros (por ejemplo, composición de la película, cepa epitaxial, condiciones de contorno eléctrico, y espesor) que permiten un control preciso de los ferroeléctricos y ha sido fundamental para comprender la física de los efectos dieléctricos y piezoeléctricos.
"Investigamos la contribución de las paredes de dominio de 90º y el desajuste de expansión térmica a la piroelectricidad en PbZr ferroeléctrico 0,2 Ti 0,8 O 3 Peliculas delgadas, un material ampliamente utilizado cuyas propiedades ferroeléctricas y piezoeléctricas a granel son bien conocidas, ", Explicó Karthik. Como parte de este trabajo, El grupo de investigación Prometheus de Martin desarrolló y aplicó los primeros modelos fenomenológicos para incluir contribuciones extrínsecas y secundarias a la piroelectricidad en películas polidominio y predecir contribuciones extrínsecas significativas (que surgen del movimiento dependiente de la temperatura de las paredes del dominio) y grandes contribuciones secundarias (que surgen del desajuste de expansión térmica entre la película y el sustrato).
"También hemos desarrollado y aplicado un nuevo proceso de medición de corriente piroeléctrica sensible a la fase para medir películas delgadas por primera vez y revelar un aumento dramático en el coeficiente piroeléctrico con una fracción cada vez mayor de dominios orientados en el plano y desajuste de expansión térmica consistente con estos modelos. , "Dijo Karthik.
"Al establecer una comprensión de la ciencia de estos efectos, con modelos para predecir su rendimiento, y técnicas demostradas para fabricar y utilizar estas propiedades en versiones a nanoescala de estos materiales, sus propiedades pueden integrarse eficazmente en la electrónica existente, "Dijo Martin.
