Пьезокерамика под давлением показала рекордную проводимость

В некоторых полупроводниковых материалах давление уменьшает запрещенную зону, позволяя электронам перескакивать в зону проводимости. Другими словами, чем сильнее сдавить материал, тем лучше он проводит электрический ток. Этот эффект широко используется, в частности в датчиках давления и микроэлектронных транзисторах, контролирующих ток давлением вместо напряжения.

Группа оксидной наноэлектроники института ICN2 (Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology) смогла добиться увеличения электропроводности иридата стронция (Sr₂IrO₄) в 250 раз, подвергнув его давлению.

Эксперименты, о которых рассказывает публикация в Nanoscale, проводились при комнатной температуре с помощью атомно-силового микроскопа (AFM). Этот прибор обычно используется для измерения проводимости посредством зонда — иглы, отточенной до нанометровой остроты — и впервые был применен для исследования пьезорезистивности.

Игла AFM столь мала, что даже ничтожная сила дает высокое давление. Приложив нагрузку менее одного миллиграмма (вес муравья) ученые получили в точке контакта давление свыше 100 тонн на квадратный сантиметр (вес 20 слонов) — настолько высокое, что потребовалось снабдить зонд алмазным наконечником, чтобы избежать его разрушения.

При таком давлении проводимость иридата стронция была в 250 раз выше, чем в нормальных условиях, причем, образец был подвергнут деформирующему воздействию более 500 раз и перенес это без какого-либо ущерба для себя.

Полученные значения пьезорезистивности — наивысшие из когда-либо измеренных для электрокерамического материала и даже превосходят рекордные показатели кремниевых нанопроводов и графена. Они свидетельствуют, что данный материал является хорошим кандидатом на применение в сенсорах и новых видах специализированных электронных устройств. К сожалению, иридий — дорогостоящий металл, поэтому авторы продолжают поиск альтернативных вариантов.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365