特殊的铁电特性为微电子和能源应用程序提供承诺。
当一个魔术师突然拉桌布从桌子满盘子和玻璃杯,有悬念,观众想知道舞台的时刻很快就会散落着破碎的玻璃。直到现在,一个类似的困境受到科学家使用特殊的电气泡沫创造下一代的灵活的微电子和能源存储设备。
科学家在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室发现了一种新方法的量子版本的桌布技巧剥落异质结薄膜包含电子从一个特定的基础材料,泡沫或衬底,而让他们完全完好无损。发现可能会使我们更近一步的应用程序依赖于这些不寻常的和脆弱的结构。
“你可以把它像试图把房子从其基础。通常情况下,你会认为房子将会崩溃,但我们发现它保留了它的所有属性。”——Saidur Bakaul,阿贡材料科学家亚博网站下载
“最初泡沫非常脆弱,需要特定的基础材料,称为基质,和具体条件为了与他们成长的电影,”亚博网站下载说阿贡材料科学家Saidu亚博网站下载r Bakaul。“有很多材料我们感兴趣的这些泡沫亚博网站下载可能是非常有用的,像塑料。然而,我们没能增加他们直接在这些材料。亚博网站下载我们的研究是第一步,泡沫可能在。”
电动泡沫被发现在一个三层超薄结构交替电气性能:铁电,介电、铁电了。这种多层结构的泡沫是由专门下令偶极子,或成双成对的电荷。这些偶极子的取向是基于局部应变的表面材料和费用导致偶极子寻找他们的相对能量最低的状态。最终,电动泡沫(泡沫域)形式只有在满足特定的条件下。他们也很容易扭曲了即使很小的力量。
在实验中,Bakaul的同事在新南威尔士大学第一次增长的泡沫超薄异质结构在钛酸锶薄膜衬底-;最简单的材料来创建它们。亚博网站下载然后,Bakaul面临的挑战从底物同时保留删除异质结构的泡沫。“你可以把它像想删除一个房子的基础,”他说。“通常情况下,你会认为房子会崩溃,但是我们发现它保留了它的所有属性。”
泡沫领域都很小。他们只有4纳米半径-;人类的DNA链一样宽。因此,他们很难看到。在阿贡的材料科学部门,先进亚博网站下载的扫描探亚博老虎机网登录针显微技术与傅里叶变换分析让科学家们不仅看到他们还量化属性的独立电影。
建立泡沫领域保持完整,Bakaul测量他们的电子(电容)和压电性能通过两个显微镜技术:微波阻抗扫描显微镜和piezoresponse力显微镜。如果泡沫已经破裂,电容会改变外加电压,但Bakaul看到它保持相对稳定的达到一个相当高的电压。
这些实验验证了数值估计的电容从理论分析获得Bakaul和他的学生由单纯模拟结合电路理论。”的组合实验和仿真证明,这些泡沫能够生活即使从原来的衬底。这是我们曾希望实现很长一段时间,”Bakaul说。
泡沫被移除时,异质结构电影-;此前躺平的像一个桌布,;突然认为外观。虽然Bakaul指出,许多可能会认为这种变化会影响泡沫的属性,他发现泡沫实际上是改变材料的保护内置电压。亚博网站下载原子论的模拟由Bakaul阿肯色大学的同事建议在自由界面的弹性能量涟漪的起源形成。
根据Bakaul结果是令人兴奋的,因为这些泡沫有不寻常的和有趣的电气和机械性能。“纳米尺度铁电泡沫是新发现的对象”,他说。“有一个共识在社区,他们可能有很多应用程序。例如,转换这些泡沫的结果在一个异常高的机电响应,可以在广泛的应用在微电子设备和能源应用程序。”
尽管这是物理学,而不是魔法,创造了一个潜在的新途径为一体的这些泡沫,Bakaul表示,基于他们的新技术可能产生变革性的影响。“无论我们讨论能源矿车或超级计算机,这些泡沫可以发挥很大的作用对许多不同的材料和应用程序,亚博网站下载”他说。
这项研究是由美国能源部科学办公室(办公室基本能源科学)。亚博老虎机网登录作者利用奈米制造和洁净室设施阿尔贡的纳米材料中心,美国能源部科学办公室用户设备,准备样品电气特性。亚博网站下载亚博老虎机网登录
论文研究的基础上,“独立泡沫铁电域”,发表在9月19日出版的《先进材料吗亚博网站下载。论文的其他作者包括阿贡的阿曼达Petford-Long,以及谢尔盖•Prokhorenko Yousra -纳哈斯和劳伦Bellaiche阿肯色大学的加气张和纳Valanoor新南威尔士大学和侑士胡的芝加哥大学的阿贡(实习学生)。
来源:https://www.anl.gov/