鐵電材料中發(fā)現(xiàn)極化布洛赫點(diǎn)
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】 在物理學(xué)的奇妙世界中，鐵電材料以其獨(dú)特的極化特性吸引了無(wú)數(shù)科學(xué)家的目光。這些材料能夠在沒(méi)有外部電場(chǎng)的情況下保持電極化狀態(tài)，是電子器件中不可或缺的組成部分。然而，隨著科技的進(jìn)步和對(duì)納米尺度物理現(xiàn)象的深入探索，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種新的現(xiàn)象——極化布洛赫點(diǎn)，這一發(fā)現(xiàn)不僅為鐵電材料的研究增添了新的篇章，也為未來(lái)的技術(shù)應(yīng)用開(kāi)辟了新的可能性。
在探討極化布洛赫點(diǎn)之前，我們首先需要理解什么是布洛赫點(diǎn)。在固體物理學(xué)中，布洛赫點(diǎn)是指晶體結(jié)構(gòu)中的一種特殊缺陷，它可以看作是晶格中的一種“旋渦”，其周圍原子的排列呈現(xiàn)出一種特殊的周期性模式。而當(dāng)這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在鐵電材料中時(shí)，由于其特殊的極化性質(zhì)，會(huì)形成所謂的極化布洛赫點(diǎn)。
極化布洛赫點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)是通過(guò)對(duì)鐵電材料的精細(xì)結(jié)構(gòu)分析實(shí)現(xiàn)的。利用高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)等先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，科學(xué)家們觀察到了鐵電材料中原子尺度上的周期性結(jié)構(gòu)畸變。這些畸變?cè)谔囟ǖ臈l件下形成了布洛赫點(diǎn)，而這些點(diǎn)的極化特性與傳統(tǒng)的鐵電區(qū)域截然不同，表現(xiàn)出更為復(fù)雜的電磁行為。5月10日，《自然·通訊》以“應(yīng)變調(diào)制鐵電薄膜中的極化布洛赫點(diǎn)”為題在線發(fā)表了該研究成果。
該研究進(jìn)一步完善了通過(guò)失配應(yīng)變調(diào)控鐵電材料疇結(jié)構(gòu)的重要性和有效性，揭示了極化體系中的電偶極子在一定條件下可以形成類似特殊凝聚結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)粒子，豐富了極化拓?fù)洚牻Y(jié)構(gòu)家族，對(duì)探索基于鐵電材料的高密度非易失性信息存儲(chǔ)器件具有重要意義。
據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)在前期半子晶格工作的基礎(chǔ)上，利用相場(chǎng)模擬構(gòu)建對(duì)稱電極模型，發(fā)現(xiàn)隨著電極厚度的增加，匯聚和發(fā)散型半子分別演化成兩種類型的布洛赫點(diǎn)：其一是面內(nèi)匯聚且面外發(fā)散，其二是面內(nèi)發(fā)散且面外匯聚。研究人員利用脈沖激光沉積技術(shù)在SmScO3襯底上生長(zhǎng)由SrRuO3電極夾持的超薄PbTiO3薄膜(5nm)，并通過(guò)像差校正透射電子顯微鏡對(duì)平面樣和截面樣進(jìn)行觀察，在PbTiO3薄膜中觀察到了面內(nèi)面外呈發(fā)散和匯聚特征的極化布洛赫點(diǎn)。這一發(fā)現(xiàn)是繼通量全閉合陣列、半子晶格、周期性電偶極子波之后，該研究團(tuán)隊(duì)在有關(guān)鐵電材料拓?fù)洚牻Y(jié)構(gòu)方面的又一項(xiàng)重要突破。
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