Revolucija u elektronici: Naučnici stvorili perovskite sa 4 i 5 slojeva, ključne za buduće tehnologije

Foto: Pixabay

Naučnici sa Univerziteta Nagoja postigli su značajan proboj u oblasti materijala za elektroniku, stvaranjem perovskita sa četiri i pet slojeva. Ovi višeslojni perovskiti ne samo da pružaju jedinstvene feroelektrične osobine, već i otvaraju vrata ka novim mogućnostima u razvoju naprednih elektronskih uređaja, SciTech Daily. Istraživanje je nedavno objavljeno u prestižnom časopisu Journal of the American Chemical Society, što dodatno potvrđuje značaj ovog otkrića.

Šta su perovskiti i zašto su važni?

Perovskiti predstavljaju posebnu klasu materijala sa kristalnom strukturom sastavljenom od kalcijum-titanijum oksida. Poznati su po svom svojstvu feroelektričnosti – mogućnosti kontrolisanja i obrtanja električne polarizacije putem spoljašnjeg električnog polja. Ova karakteristika je od suštinskog značaja za razvoj elektronskih uređaja kao što su memorije, senzori, aktuatori i kondenzatori, koji koriste prebacivanje između stanja „uključeno“ i „isključeno“. Perovskiti su prvi put otkriveni u Rusiji 1839. godine, a naziv su dobili po ruskom mineralogu Levu Perovskom. Zbog svojih izuzetnih optičkih i električnih svojstava, perovskiti su postali ključni materijali za razvoj solarnih ćelija.

Preporučujemo

Posebna pažnja posvećena je slojevitim perovskitima, kao što su Dion-Jacobson (DJ) tipovi, koji imaju slojevitu oktaedarsku strukturu. Ova struktura stvara asimetrične slojeve i daje materijalu feroelektrična svojstva. Kao što je objasnio Minoru Osada, naučnik sa Instituta za materijale i sisteme održivosti (IMaSS) na Univerzitetu Nagoja da feroelektrična svojstva nastaju zbog pomeranja pozitivnih i negativnih jona kada se primeni spoljašnje polje, što dovodi do rotacije i nagiba oktaedra.

Međutim, kako se broj slojeva perovskita povećava, termodinamička stabilnost materijala se smanjuje. Upravo je ovaj izazov inspirisao naučnike da razviju novu metodu sinteze, koja omogućava stvaranje stabilnih višeslojnih struktura.

Nova metoda sinteze

Japanski istraživači su razvili inovativnu metodu sinteze poznatu kao „metoda sinteze uz šablon“. Ova tehnika omogućava naučnicima da povećavaju broj slojeva perovskita postepeno, jedan po jedan. - Broj slojeva se može povećati korišćenjem sistema sa tri sloja kao početnog materijala i reakcijom sa SrTiO3. Ponovnim izvođenjem reakcije, broj slojeva perovskita se digitalno kontroliše, omogućavajući sintezu višeslojne strukture - objasnio je Osada.

Primena ove metode omogućila je prvi put stvaranje perovskita sa četiri i pet slojeva, čime su probijene dosadašnje granice termodinamičke stabilnosti ovih materijala. Ova struktura je ključna za dalje istraživanje, jer je pokazano da broj slojeva značajno utiče na feroelektrične osobine materijala.

Promena u feroelektričnim mehanizmima

Zanimljivo je da su, kada su testirali novo sintetisane materijale, istraživači otkrili promene u njihovom ponašanju u zavisnosti od broja slojeva. Konkretno, materijali su pokazali različite dielektrične konstante i Kiri temperature (temperatura iznad koje materijali gube svoja uobičajena magnetna svojstva). - Otkrili smo da broj slojeva igra važnu ulogu u ovom sistemu. Kada je broj slojeva neparan, materijal prelazi na konvencionalni model direktne feroelektričnosti, dok kod parnog broja slojeva prelazi na novi model indirektne feroelektričnosti – objašnjava Osada.

Ovo otkriće otvara nove mogućnosti za istraživanje i razvoj feroelektričnih materijala. Naučnici sada imaju priliku da istraže slojeve izvan termodinamički stabilnih faza, što je od suštinskog značaja za razvoj novih elektronskih funkcija i uređaja. Očekuje se da će ova istraživanja omogućiti razvoj naprednih materijala sa svojstvima koja su do sada bila nemoguća za postizanje postojećim tehnologijama.

(Telegraf Nauka / SciTech Daily)