Как сегнетоэлектрические «пузырьки» помогут создать новые устройства

Ученые из Университета Нового Южного Уэльса и Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США открыли новый способ «отклеивать» гетероструктурные тонкие пленки, содержащие пузырьковые домены, от определенного материала подложки, не повреждая их.
Как сегнетоэлектрические «пузырьки» помогут создать новые устройства
Argonne National Laboratory

Всё равно, что снять дом с фундамента. Непросто, но стоит того.

В трехслойной ультратонкой структуре сегнетоэлектрик-диэлектрик-сегнетоэлектрик встречаются «пузырьки», состоящие из упорядоченных диполей. Диполи ориентируются за счет локально деформации материала и зарядов на поверхности пленки — диполи стремятся занять состояние с наименьшей энергией. В конечном итоге образуются пузырьковые домены, которые также легко деформируются под действием даже небольших сил.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Что было сделано? В ходе эксперимента исследователи сначала вырастили пузырьки в ультратонкой гетероструктурной пленке на подложке из титаната стронция — одного из самых простых материалов для их создания. Однако снять полученную плёнку с подложки оказалось непросто.

Пузырьковые домены крошечны. Их радиус составляет всего 4 нанометра — такой же шириной обладает нить ДНК человека, поэтому их трудно заметить. Передовые методы сканирующей зондовой микроскопии с преобразованием Фурье позволяют ученым не только увидеть их, но и количественно оценить их свойства.

Чтобы убедиться, что пузырьковые домены уцелели при переносе, ученые измерили их электронные и пьезоэлектрические свойства с помощью сканирующей микроволновой импедансной микроскопии и пьезорезонансной силовой микроскопии. Если бы пузырьки разрушились, емкость, отражающая электрические свойства, изменилась бы под действием приложенного напряжения, но Бакауль увидел, что она оставалась относительно стабильной и совпала с теоретической оценкой. Интересно, что когда пузырьковые домены были удалены, ровная пленка гетероструктуры пошла рябью.

Для чего это нужно? Такие «сегнетоэлектрические пузырьки» обладают необычными электрическими и механическими свойствами. Трансформация этих пузырьков приводит к необычной электромеханической реакции, что может найти применение в широком спектре устройств в микроэлектронике и энергетике.