Співробітники Інституту фізики мікроструктур ім. Макса Планка і Дослідницького центру Юліха (обидва – Німеччина) експериментально зареєстрували домени надзвичайно малого розміру, які можуть служити елементами пам'яті, в дослідах з сегнетоелектриків.

Сегнетоелектрічеськие матеріали відрізняються від усіх інших тим, що в певному інтервалі температур володіють мимовільної поляризацією, напрямок якої змінюється під дією зовнішнього електричного поля. Їх структура характеризується присутністю доменів, невеликих областей з односпрямованої поляризацією (тобто з однаково орієнтованими диполями). Це властивість інженери хочуть використовувати при створенні незалежної сегнетоелектричної пам'яті: бістабільна поляризація – хороша основа для двійкових осередків, кожній з яких відповідає той чи інший домен.

У нових експериментах досліджувався зразок цирконату-титанату свинцю (PZT), відомого сегнето-, піро-та п'єзоелектричного матеріалу. Тонкий шар PZT був нанесений на підкладку з титанату стронцію, причому автори постаралися надійно відокремити один матеріал від іншого прошарком оксиду рутенію RuO2. Для спостережень використовувався просвічуючий електронний мікроскоп, здатний визначати положення атомів з точністю до декількох пікометров.

Камера, в якій методом імпульсного лазерного осадження був отриманий зразок PZT (фото MPI of Microstructure Physics).

Оцінивши розташування атомів кисню, цирконію та титану в перерізі зразка, вчені встановили орієнтацію диполів більш ніж в 250 елементарних комірках PZT і межі доменів. Найцікавіший – і найменший – з них розташувався на поверхні PZT, прилеглої до шару RuO2: тут орієнтація диполів змінювалася безперервно, повертаючи на 180 ˚. «Подібні домени зустрічаються в магнітних матеріалах і були передбачені теоретично в разі сегнетоелектриків, але спостерігати їх на досвіді ще нікому не вдавалося», – говорить представник наукової групи Кнут Урбан (Knut Urban).

Раніше вважалося, що поляризація на невеликій ділянці площею в кілька квадратних нанометрів зберігатися не може, оскільки мала кількість містяться в ньому диполів не дозволяє боротися з дією не повністю скомпенсованих зарядів на кордонах шару. У верхній частині плівки PZT порядок диполів, приміром, порушувався, що дослідники також зафіксували в експерименті. «Деполяризація повинна була встановлювати мінімальний розмір доменів – приблизно 20 × 20 нм, – зауважує інший учасник робіт Марін Алексе (Marin Alexe). – Виявилося, що ці припущення невірні ».

Значення «1» і «0» в таких зменшених доменах можна кодувати оріепередпроектних диполів за годинниковою стрілкою і в зворотному напрямку. «У найближчому майбутньому ми спробуємо з'ясувати, які умови появи« кругової »поляризації», – формулює завдання пан Алексе.

Перетин зразка PZT. Зліва червоним відзначена межа шару RuO2, а праворуч стрілками показана орієнтація диполів. Пунктиром виділені кордону доменів, найбільш цікавий з яких знаходиться в центрі. (Ілюстрація Chun-Lin Jia / FZ Jülich.)

За матеріалами: Товариства Макса Планка

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?