연구자들은 결정 대칭의 전기 제어 스위치를 켭니다.

BFO/TSO 초격자의 원자 해상도 이미지. 동시 a) HAADF-STEM 및 b) 환형 명시야(ABF-) STEM 이미지 [(BFO)20/(TSO)10]20// TSO 초격자 [100]PC 본문의 그림 1f에 해당하는 영역 축. Pnma-AFE 역극성(왼쪽)과 극성(오른쪽) 위상 사이의 ABF-STEM에서 강한 대비 차이가 관찰됩니다. (a)의 빨간색 사각형과 파란색 사각형에서 각각 c) 극성 및 d) 반극성 위상 영역을 확대했습니다. 우리는 BiFeO 의 바닥 상태 극성 R3c 위상에서 관찰되지 않는 극성 위상에서 아령 Bi의 존재를 관찰합니다.. 신용 거래: 천연 재료 (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01412-0

Cornell 주도의 공동 작업은 올바른 재료를 결합함으로써 처음으로 전압을 사용하여 재료의 결정 대칭을 켜고 끄고 전자, 광학 및 기타 특성을 제어함으로써 미래 건축에 큰 영향을 미칠 수 있는 발견입니다. 메모리 및 논리 장치.


이 그룹의 논문 “반사 대칭의 비휘발성 전기장 제어”는 2022년 12월 19일에 출판되었습니다. 천연 재료. 이 논문의 공동 저자는 전 박사후 연구원인 Yu Zun Shao(현재 서던 캘리포니아 대학교 교수)와 버클리 캘리포니아 대학교의 루카스 카리타(Lucas Carita)입니다.

이 기술은 사이의 경쟁을 이용하여 가능합니다. 원자 배열 비스무트 페라이트와 테르븀 스캔데이트의 두 가지 재료로 제작되었습니다.

“우리는 서로 경쟁하는 서로 다른 재료 간의 권투 시합을 준비하고 그들의 인터페이스에서 매혹적인 투쟁을 벌이고 있습니다.”라고 공동 선임 저자 인 Cornell Engineering의 Herbert Fisk Johnson 산업 화학 교수 인 Daryl Schlom이 말했습니다. .

“우리는 모든 작은 물질을 원자 클래스 서로에게 큰 영향을 줄 수 있도록 두껍게 한 다음 레이어의 두께를 약간 조정하여 일치시킵니다. 어느 레이어도 지배적이지 않고 다른 재료로부터 상당한 섭동을 경험할 때 흥미로운 일이 발생할 수 있습니다. 줄다리기나 복싱 시합과 같은 좌절을 설정함으로써 떠오르는 현상이 대칭의 전기적 제어라는 것이 밝혀졌습니다.

Schlom 에피택시 팀은 분자 빔을 사용하여 비스무트 페라이트;– 알려진 물질보다 극성이 더 높은 강유전성 – 강유전체가 아닌 테르븀 스캔들. 그런 다음 Shaw와 공동 저자인 Samuel B. Eckert 공학 교수인 David Mueller는 표준 해상도에서 원자를 볼 수 있는 실험실의 전자 현미경 픽셀 어레이 검출기(EMPAD)를 사용하여 샌드위치의 층의 원자 구조를 이해하고 그들의 극성 및 비극성 위상.

Shao는 “원자가 기둥을 따라 완벽하게 정렬되지 않을 때 규칙적인 아티팩트가 발생하기 때문에 이 물질을 활발하게 이미징하는 것은 매우 어렵습니다.”라고 말했습니다. “우리는 이러한 오류에서 구조 정보를 분리하기 위해 EMPAD를 사용하여 새로운 이미징 모드를 개발해야 했습니다.”

UC Berkeley와 Lawrence Berkeley National Laboratory의 공동 선임 저자인 Ramamoorthy Ramesh가 이끄는 그룹은 전기적으로 스위치를 켜고 끄는 방법을 결정했습니다. 반사 대칭.

이러한 대칭을 제어하는 ​​것은 모든 고체의 거동이 원자의 특정 배열에 의해 결정되기 때문에 중요한 기능입니다. 반사 대칭은 기본적으로 가방이나 풍선과 같이 속성을 변경하지 않고 뒤집을 수 있는 물체의 속성이지만, 뒤집힌 왼쪽 장갑은 오른쪽이 되어 대칭이 깨집니다.

일반적으로 대칭은 속성에 영향을 미치므로 대칭을 제어할 수 있으려면 전기장 샬롬은 자신이 정말 강하다고 말했습니다. “그리고 그것은 논리와 메모리 영역에서 저전력 마이크로전자공학에 영향을 미칠 수 있습니다. 전압을 끌 때 그러한 것들은 잊지 않기 때문입니다. 그것은 휘발성이 아닙니다. 그래서 깨어나서 자신의 상태가 무엇인지 정확히 압니다.”

비스무트 페라이트는 일반적으로 절연체이지만 초격자에 전기장을 가하면 저항이 100배 변화하여 반도체가 됩니다. 이 기술은 또한 재료의 비선형 광응답에 3배 이상의 변화를 일으키고 편광을 “삭제”할 수 있습니다.

지금까지 전압은 거의 항상 대칭을 깨거나 제거했습니다. 연구원들은 전원을 다시 켜거나 끌 수 있는 시스템을 찾는 것은 전례가 없는 일이라고 말합니다.

팀은 전기적으로 제어하기를 희망합니다. 대칭 그것은 다른 영역의 발견으로 이어질 것입니다.

“비스미스 페라이트는 전기 강자성체이며 약한 반자성체입니다. 따라서 두 가지 모두를 가지고 있으며 자연계에서는 매우 희귀합니다.”라고 Shao는 말했습니다. “이제 우리는 강유전성 에너지를 켜고 끌 수 있으므로 생각하고 있습니다. 자기도 켜고 끌 수 있습니까?”

추가 정보:
Lucas Carreta et al., 반사 대칭의 비휘발성 전계 제어, 천연 재료 (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01412-0

의 소개
코넬 대학교

인용구: 연구원들이 결정 대칭의 전기적 제어를 위한 스위치를 뒤집다 (2023년 1월 19일) https://phys.org/news/2023-01-flip-electric-crystal-symmetry.html에서 2023년 1월 19일 검색됨

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