Japończycy stworzyli wielowarstwowe perowskity. Ich zachowanie zaskakuje

1 mies. temu 16

Perowskity to grupa materiałów o strukturze krystalicznej złożonej z tlenków wapnia i tytanu. Ich szczególnie interesująca właściwością jest ferroelektryczność, która umożliwia kontrolę i odwracanie polaryzacji elektrycznej przez zewnętrzne pole elektryczne. Z tego powodu perowskity są przydatne w urządzeniach elektronicznych, takich jak pamięci, kondensatory, siłowniki i czujniki, które wykorzystują stany włączone/wyłączone.

Czytaj też: Perowskity jeszcze lepsze. Te liczby rzucają na kolana, a wystarczył jeden szczegół

Ale okazuje się, że ferroelektrycznością perowskitów można manipulować. Zespół uczonych z Nagoya University stworzył 4- i 5-warstwowe wersje tych materiałów, których właściwości ferroelektryczne zmieniają się w zależności od liczby posiadanych warstw. Wyniki opisane w czasopiśmie Journal of the American Chemical Society mogą zwiastować nadchodzącą rewolucję w branży elektronicznej.

Wielowarstwowe perowskity o zmiennych właściwościach ferroelektrycznych

Perowskity typu Dion-Jacobson (DJ) mają warstwową strukturę oktaedryczną (asymetryczną), co nadaje im właściwości ferroelektryczne. Niestety, wraz ze wzrostem grubości warstw perowskitów, spadają właściwości ferroelektryczne materiału, co czyni je trudnymi do wykorzystania.

Czytaj też: Przełom w tworzeniu nowych materiałów. Naukowcy obserwują zachowanie nanocząstek

Aby temu zaradzić, japońscy naukowcy opracowali nową metodę syntezy, znaną jako metoda syntezy szablonowej. Umożliwia ona łączenie struktur wielowarstwowych poprzez nakładanie warstw perowskitu jedna po drugiej i ustawianie ich oktaedrów w sposób przypominający klocki LEGO.

Łącząc ze sobą kilka warstw perowskitów można uzyskać materiały o odmiennych właściwościach /Fot. Nagoya University

Prof. Minoru Osada z Nagoya University mówi:

W metodzie syntezy szablonowej liczbę warstw można zwiększyć o jedną warstwę, stosując system trójwarstwowy jako materiał wyjściowy i poddając go reakcji z SrTiO3. Powtarzając reakcję, liczbę warstw perowskitu można kontrolować cyfrowo w zależności od liczby reakcji, co umożliwia syntezę struktury wielowarstwowej. Stosując metodę syntezy szablonowej, po raz pierwszy zsyntetyzowaliśmy 5- i 5-warstwowe perowskity.

Co ciekawe, gdy naukowcy przetestowali zsyntetyzowany materiał, odkryli, że zachowywał się on dziwnie, wykazując różne stałe dielektryczne i temperaturę Curie w zależności od liczby warstw. Gdy liczba warstw jest nieparzysta, występuje konwencjonalna ferroelektryczność, a gdy liczba warstw jest parzysta materiał przełącza się na “nowy” pośredni model ferroelektryczności.

Oczekuje się, że to osiągnięcie znacznie rozszerzy przestrzeń poszukiwań materiałów w rozwoju ferroelektryków i dostarczy ważnych wytycznych dla rozwoju nowych materiałów i funkcji, które są trudne do zrealizowania przy użyciu istniejących technologii.

Czytaj więcej