Oak Ridge’i Rahvusliku Laboratooriumi (Oak Ridge National Laboratory – ORNL) uurijad vaatlesid esmakordselt metallilist elektrijuhtivust ferroelektrilistes nano-domeenides. Tänu sellele avastusele võivad väljavaated elektroonikas olla veelgi paljutõotavamad.
Elektriväljas oma polarisatsiooni ümber lülitavaid ferroelektrilisi aineid on juba pikka aega kasutatud mitmetes seadetes, näiteks ultraheli masinates ja sensorites. Nüüd avavad avastused ferroelektrikute elektrooniliste omaduste kohta uusi võimalusi nanoelektroonika ja informatsiooni salvestamise rakendustes, kirjutab Physorg.com.
ORNL-i uurijad kasutasid pieso-vastuse jõu mikroskoopiat (ingl.k. piezoresponse force microscopy – PFM) , näitamaks esimesi tõendeid metallilisest elektrijuhtivusest ferroelektrikute nano-alades. PFM kuvandil on näidatud esindav nano-ala. Pilt: Physorg.com
Teadusajakirjas Nano Letters avaldatud artiklis demonstreeris ORNL-i tegutsev uurijate rühm metallilise elektrijuhtivuse esinemist ferroelektrilises kiles, mis muidu käitub isolaatorina. Teoreetikud ennustasid isolaatorist metalliks ülemineku fenomeni juba enam kui 40 aastat tagasi, kuid eksperimentaalsed tõendid olid kuni praeguseni jäänud kättesaamatuteks.
„Katsete tulemused tuvastasid üheselt uue elektrit juhtiva “kanali”, mis läbib ferroelektriku isoleeriva “raamistiku”. See nähtus viitab, et on võimalik kasutada „kirjutamist“ ja „kustutamist“ nanoskaalas,“ sõnas uurimustöö juhtiv autor Peter Maksymovych.
Võimalus kasutada ainuüksi elektrivälja „nupuna“selleks, et muuta metallilist elektrijuhtivust ferroelektrikus, on rakenduslikust vaatenurgast eriti huviäratav. Sest laengukandjate tüübi muutmine pooljuhis vajaks aga muudatust aine koostises.
„Me oleme võimelised metallilist elektrijuhtivust sisse lülitama ning eelpinge häälestust pidevalt muutes on selle käitumist võimalik väga täpselt kontrollida,“ väitis Maksymovych. „Mida väiksem on nano-domeen, seda paremini see elektrit juhib. Kõik kirjeldatu toimub täpselt samas materjali asukohas. Me võime teha isolaatorist parema või halvema metalli südamelöögi kiirusel või isegi kiiremini. See võimalus on potentsiaalselt külgetõmbav mitmete rakenduste tarbeks, tekitades ka huvitavaid põhiküsimusi metallilise elektrijuhtivuse täpse mehhanismi kohta.“
Kuigi teadlased keskendusid oma uurimustöös hästituntud ferroelektrilisele kilele – plii-tsirkoonium-titanaadile – eeldavad nad, et vaatlused kehtivad ka paljude teiste ferroelektriliste ainete puhul. „Me ootame, et meie uurimuste laiendamine multiferriitidele ja anti-ferroelektrikutele paljastab palju eelnevalt tundmatuid elektroonilisi omadusi, rajades teed nii põhiteadmiste kui rakendusteni,“ sõnas uurimuse kaas-autor Sergei Kalinin.
Teadusartikkel: „Tunable Metallic Conductance in Ferroelectric Nanodomains”