Nośniki pamięci zyskają na pewnym zmiękczeniu

Niestety, w materiałach często pojawiają się różne efekty wywołujące depolaryzację elektryczną, czyli zanik zjawiska ferroelektrycznego. Szuka się na to, a jednym z nich jest tzw. zmiękczenie (ang. softening) fononu optycznego (TO). Fonony są jak wibrująca paczka energii w strukturze materiału, która przemieszcza się po jego atomach. Zmiękczenie TO polega na obniżeniu częstotliwości jej wibracji, co ułatwia przejście materiału do fazy ferroelektrycznej.

Dotychczas uważano, że wynika ono z tzw. silnych oddziaływań długozasięgowych. Jednak autorzy pracy opublikowanej w „Nature” odkryli, że w materiałach takich jak tlenek berylu (BeO) można uzyskać zmiękczenie fononu TO również poprzez osłabienie wiązań krótkiego zasięgu. By to zweryfikować, przeprowadzili oni serię symulacji na ultracienkich warstwach dwutlenku cyrkonu (ZrO2), analizując zmiany w ich przewodnictwie elektrycznym oraz wpływ oddziaływań międzyatomowych na ich struktury.

W jednym z kluczowych eksperymentów zastosowano dwukierunkowe naprężenia w ultracienkich (2–3 nanometry) warstwach ZrO2 osadzonych na podłożu krzemowym. Dzięki dopasowaniu sieci krystalicznej do krzemu materiał poddany naprężeniom zaczął wykazywać niestabilność fononu TO. Ostatecznie doprowadziło do przejścia w fazę ferroelektryczną o wartości polaryzacji 39,9 μC/cm², co jest jak na tak cienkie warstwy wynikiem imponującym. Naukowcy pokazali, że odpowiednie dobranie naprężeń może zmienić wewnętrzną strukturę wiązań, co pozwala na łatwiejsze osiągnięcie zjawisk ferroelektrycznych w materiałach, które dotychczas nie były naturalnymi do tego kandydatami.

Wyniki te są obiecujące z punktu widzenia przyszłych zastosowań w technologii. Po pierwsze, wzrost efektywności ferroelektryczności w materiałach takich jak ZrO2 w skali nano- może przyczynić się do rozwoju nowej generacji urządzeń pamięciowych o dużej gęstości, czyli budowania mniejszych dysków pamięci o większej pojemności. Ponadto, zrozumienie i możliwość kontrolowania zmiękczenia fononu TO w cienkich warstwach (np. w perowskitach) może otworzyć drogę do stworzenia jeszcze bardziej wydajnych materiałów dielektrycznych, co jest kluczowe dla dalszej miniaturyzacji innych urządzeń elektronicznych.

Dziękujemy, że jesteś z nami. To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.