在最新的一項(xiàng)研究中，阿肯色大學(xué)物理研人員發(fā)現(xiàn)了鐵電超薄膜發(fā)生反向轉(zhuǎn)變的證據(jù)，這可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)存儲、微電子學(xué)和傳感器的發(fā)展，其研究成果發(fā)表在《自然》期刊上。

第一作者尤斯拉·納哈斯(Yousra Nahas)說：研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，無序的迷宮相轉(zhuǎn)變?yōu)楦行虻钠叫袟l紋結(jié)構(gòu)。一百年前提出的這些類型轉(zhuǎn)變似乎與無序隨溫度增加的基本定律相矛盾。

同時(shí)還存在于其他系統(tǒng)中，如超導(dǎo)體、蛋白質(zhì)、液晶和金屬合金。但還沒有在鐵電材料中被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們感興趣的是它們具有自發(fā)電極化，可以通過施加電場來逆轉(zhuǎn)。

阿肯色州大學(xué)的研究人員能夠使用阿肯色州高性能計(jì)算中心對過渡進(jìn)行建模。該中心的部分資金來自阿肯色州經(jīng)濟(jì)發(fā)展委員會，法國的研究人員通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的預(yù)測。

通過在鐵電薄膜中實(shí)現(xiàn)從根本上新的設(shè)計(jì)原則和拓?fù)湓鰪?qiáng)功能，這些發(fā)現(xiàn)可能被用來跨越當(dāng)前的技術(shù)。相分離是一個(gè)協(xié)同過程，其動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)是介觀尺度上磁疇圖案的有序形態(tài)發(fā)生。

高度簡并的凍結(jié)態(tài)系統(tǒng)可能會出現(xiàn)罕見、與直覺相反的逆對稱破缺現(xiàn)象。一個(gè)世紀(jì)前提出的這一概念已經(jīng)在不同材料中被實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，從聚合物和膠體化合物到高溫超導(dǎo)體、蛋白質(zhì)、超薄磁性薄膜、液晶和金屬合金。

但鐵電氧化物除外，盡管對后者進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)工作。本研究表明，Pb(Zr0.4Ti0.6)O3超薄膜在亞臨界失超后，鐵電疇的非平衡自組裝形成了一個(gè)以曲折條狀疇為特征迷宮圖案。此外，隨著溫度升高，這種高度簡并的迷宮相經(jīng)歷了一個(gè)反向轉(zhuǎn)變，在更高溫度下順電開始之前，它轉(zhuǎn)變?yōu)椴惶珜ΨQ的平行條形磁疇結(jié)構(gòu)。

研究發(fā)現(xiàn)，這一相序可以歸因于疇壁熵貢獻(xiàn)的增強(qiáng)，并且疇變直和粗化主要是由拓?fù)淙毕莸某谠ズ蛿U(kuò)散驅(qū)動(dòng)。對BiFeO3反偶極躍遷的計(jì)算模擬和實(shí)驗(yàn)觀察表明，這一現(xiàn)象在鐵電氧化物中是普遍存在的。

通過在鐵電薄膜內(nèi)實(shí)現(xiàn)基本上新的設(shè)計(jì)原理和拓?fù)湓鰪?qiáng)功能，可以在當(dāng)前基于疇和疇壁的技術(shù)之外，使用它們所體現(xiàn)的多種自圖案化狀態(tài)和各種拓?fù)淙毕荨?/p>

博科園｜研究/來自：阿肯色大學(xué)

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1845-4

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