Los ferroeléctricos de Hafnia se basan en su promesa técnica y comportamientos notables, donde las peculiaridades provienen de un mecanismo extrínseco activo que contribuye a sus propiedades a partir de un número creciente de nuevas características intrínsecas.
Debido a su naturaleza poco convencional, quedan abiertas preguntas básicas sobre los materiales. En un nuevo informe publicado en Materiales de comunicación , Hugo Aramberri, Jorge Íñiguez y un equipo de investigadores en investigación de materiales, ciencia y física en Luxemburgo, utilizaron simulaciones del primer principio para mostrar cómo la adopción de una fase de referencia original de alta simetría condujo al desarrollo de un sistema matemáticamente simple y físicamente transparente. Tratamiento del estado ferroeléctrico de Hafnia. El trabajo proporcionó revelaciones más profundas sobre los ferroeléctricos de Hafnia para optimizar sus propiedades e inducir nuevas propiedades.
Los ferroeléctricos de Hafnia son muy prometedores desde el punto de vista técnico y tienen propiedades sorprendentes debido a sus nanoestructuras y su respuesta piezoeléctrica sintonizable. Aún está por comprenderse el comportamiento de dichos materiales; sin embargo, la mayoría de factores intrínsecos y extrínsecos influyen en las propiedades observadas. Estas incluyen características intrínsecas de los cristales perfectos.
Basándose en simulaciones de primeros principios, Aramberri y su equipo demostraron la existencia de un estado ferroeléctrico y revelaron sus propiedades. La ferroelectricidad en hafnia muestra la fase ferroeléctrica con cuatro dominios diferentes en muestras de hafnia.
Durante el ciclo de despertar, la hafnia se comporta como un material biaxial ferroelástico que exige una teoría basada en una estructura de referencia tetragonal de alta simetría. Las muestras de hafnia y circona "despertadas" presentan una coexistencia de fases, incluido el estado ferroelástico o-III, el conocido estado fundamental monoclínico y otros polimorfos ortorrómbicos. Estos polimorfos están separados por límites de ancho cero.
La naturaleza de la ferroelectricidad de Hafnia
Hafnia exhibió características típicas de los ferroeléctricos con grandes campos coercitivos y resiliencia del orden polar a nanoescala. Los investigadores habían notado previamente una fuerte anomalía dieléctrica en la que el calentamiento de la hafnia provocaba una transición de fase ferroeléctrica, muy parecida a la de los ferroeléctricos adecuados, como el titanato de bario, con alta permisividad.
Las simulaciones de la teoría funcional de la densidad del óxido de bario y titanio presentaron características distintivas de la ferroelectricidad. Los resultados también arrojan luz sobre las posibles transiciones entre polimorfos estables de hafnia y las variaciones de sus detalles estructurales.
Para investigar la conmutación ferroeléctrica y las transiciones impulsadas por campos en hafnia y circonia, Aramberri y su equipo construyeron un estado teórico de referencia o como punto de partida para facilitar la referencia de todos los estados intermedios relevantes.
Durante los experimentos, el equipo realizó estudios utilizando la teoría funcional de la densidad de primeros principios y calcularon la polarización utilizando una teoría moderna de la polarización. Para el análisis de simetría, utilizaron herramientas cristalográficas estándar basadas en la web y visualizaron las representaciones estructurales de las estructuras utilizando patrones de difracción de rayos X.
Perspectivas
De esta manera, Hugo Aramberri, Jorge Íñiguez y su equipo introdujeron un marco teórico para modelar las propiedades funcionales de la fase ferroeléctrica más común de la hafnia y la circona, que incluía conmutación, transiciones impulsadas por campo y respuestas electromecánicas.
El equipo se basó en un orden ferroico uniaxial que afectó a muchas de esas muestras. Los científicos discutieron el impacto del fenómeno en diferentes tratamientos, donde los resultados proporcionaron una imagen simple pero completa del panorama energético relevante de la hafnia y la circonia que conecta naturalmente todos los polimorfos de baja energía.
La referencia propuesta es un punto de partida ideal, desde estudios teóricos y computacionales hasta la concepción de nuevos experimentos y su optimización.
Más información: Hugo Aramberri et al, Aproximación teórica a la ferroelectricidad en hafnia y materiales relacionados, Materiales de Comunicación (2023). DOI:10.1038/s43246-023-00421-z
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