Упругое напряжение улучшает свойства ферроэлектриков

Ферроэлектрики под воздействием электричества меняют поляризацию своего внутреннего электрического поля, что делает их полезными для применения в устройствах компьютерной памяти или актуаторах. Такие материалы имеют лучшую сопротивляемость радиации, чем традиционные полупроводники, благодаря чему они считаются весьма перспективными для аэрокосмических приложений.

Упругие нагрузки в ферроэлектриках могут изменять их свойства и улучшать эффективность работы. Поэтому множество исследований в настоящее время посвящено созданию напряженных тонких пленок, состоящих из чередующихся тонких слоев (толщиной всего несколько нанометров) с немного не совпадающей кристаллической структурой.

«Напрягая или растягивая тонкие версии этих материалов вы можете создавать фазы или свойства, не существующие в нормальных условиях», — говорит профессор Иллинойского университета в Урбана-Шампань Лэйн Мартин (Lane Martin). Возглавляемая им группа исследователей опубликовала отчет об экспериментах с напряженными ферроэлектриками в журнале Advanced Materials.

Ученые работали с пленками PZT, состоящими из свинца с добавками циркония и титана, величина которых определяет форму кристаллов. Традиционно, пленки PZT выращиваются на подложке с немного отличной кристаллической структурой, однако, слишком большие нагрузки приводят к нарушению собственной кристаллической структуры ферроэлектрика.

Иллинойские специалисты нашли способ преодолеть это ограничение, постепенно изменяя концентрации циркония и титана по мере роста тонкой пленки. От слоя к слою изменения кристаллической структуры весьма незначительны, но сверху донизу состав PZT меняется коренным образом — от 80% циркония до 80% титана. Благодаря этому локальное напряжение остается в приемлемых пределах, но общая его величина оказывается весьма велика.

Подобные пленки с композитным напряжением отличаются принципиально новыми свойствами. В частности, они имеют встроенное электрическое поле, названное внутренним потенциалом. Это означает, что некоторые функции могут выполняться без приложения внешнего поля.

Кроме того, наличие у материала предпочтительной полярности открывает путь новым приложениям. Например, применение ферроэлектрика с встроенным электрическим потенциалом в компьютерной памяти позволит делать ячейки, не меняющие полярность при каждом считывании, то есть, они будут меньше традиционных по размерам, работать быстрее и эксплуатироваться дольше.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI