Сегнетоэлектрические свойства титаната стронция поддались управлению
Ученые МФТИ с коллегами с помощью терагерцовой спектроскопии исследовали сегнетоэлектрические свойства пленок титаната стронция, обусловленные температурной динамикой низкочастотного полярного фонона (мягкой моды). Авторы показали, что тонкие пленки титаната стронция (SrTiO3), допированные атомами переходных металлов, демонстрируют характерное для квантовых параэлектриков температурное поведение мягкой сегнетоэлектрической моды без признаков фазового перехода вплоть до низких температур (5 К).
Работа опубликована в Journal of Alloys and Compounds. На стыке науки и технологий современные исследования в области материаловедения открывают новые горизонты. Одним из уникальных материалов является титанат стронция. Этот перовскит отличается исключительно высокой диэлектрической проницаемостью при низких температурах, что делает его подходящим для создания конденсаторов, сенсоров и других устройств. Его уникальные свойства можно модифицировать, например, используя химическое допирование для изменения его структуры.
Титанат стронция широко используется в современной электронике и может быть полезным при создании новых микроэлектронных устройств. Его сильная сторона — высокая диэлектрическая проницаемость и низкие диэлектрические потери, что означает, что он может эффективно накапливать огромный электрический заряд. Кроме того, SrTiO3 сохраняет свои привлекательные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне, что делает его идеальным материалом для многих приложений, таких как системы телекоммуникации и элементы микроэлектронной техники.
Новое исследование, проведенное командой учёных, выявило интересные аспекты квантово-параэлектрического поведения тонких пленок SrTiO3, допированных переходными металлами — марганцем (Mn), железом (Fe), никелем (Ni) и кобальтом (Co). Используя импульсное лазерное напыление, ученые смогли получить пленки толщиной 150 нанометров и проанализировать их свойства с использованием терагерцовой спектроскопии.
Импульсное лазерное напыление (PLD) — это метод нанесения тонких пленок материалов на подложки с использованием лазерного излучения. Суть этого метода заключается в том, что мощный лазерный импульс направляется на целевой материал, который называется «тарелка» или «порошок». Лазерное излучение быстро нагревает поверхность этого материала, в результате чего происходит его испарение (или абляция). Освобожденные атомы или молекулы в виде газа или плазмы осаждаются на подложку, образуя тонкий слой.
В ходе эксперимента исследовалось, как добавление всего двух атомных процентов переходных металлов влияет на диэлектрические свойства титаната стронция.
Одним из основных результатов работы стало выявление так называемой сегнетоэлектрической «мягкой моды» в терагерцовых спектрах. Мягкая мода — это специфический тип колебаний атомов в материале (фононов), который можно изучить с помощью терагерцовой спектроскопии, использующей частоты от нескольких см-1 до 100 см-1 и температуры от комнатных (300 К) до гелиевых (4,2 К).
Сегнетоэлектрическая мягкая мода — это специальный тип колебаний в структуре материала, который отвечает за формирование его сегнетоэлектрических свойств. В опытах с титанатом стронция ученые установили, что эти колебания ведут себя иначе в тонких пленках и нанокерамике по сравнению с объемными кристаллами.
В этом исследовании ученые обнаружили, что диэлектрический вклад и частота мягкой моды при понижении температуры ведут себя так, как предсказано в модели Барретта. Это значит, что свойства материала меняются при понижении температуры, но с определенными необычными особенностями — система хоть и стремится к переходу в сегнетоэлектрическое состояние, но сегнетоэлектрический фазовый переход не происходит. В результате кристалл переходит в квантовый режим, а диэлектрическая проницаемость приобретает ультравысокие значения, что крайне интересно для применений в криоэлектронике.
Кристаллическая структура титаната стронция / © Physics, Materials Science
Исследователи также выяснили, что можно изменять механические напряжения в пленках за счет разных коэффициентов теплового расширения материалов пленки и подложки. При соответствующем растяжении (или сжатии) свойства материала могут значительно изменяться, что позволяет манипулировать его сегнетоэлектрическими свойствами и даже повышать температуру фазового перехода до более высоких значений.
«Исследование показало сложную взаимосвязь между структурой пленок титаната стронция и ихдиэлектрическими свойствами, — рассказал Борис Горшунов, заведующий лабораторией терагерцовой спектроскопии МФТИ. — Понимание таких взаимосвязей может привести к созданию нового класса функциональных материалов, что, в свою очередь, ускорит развитие микроэлектроники».
Исследование финансировалось Российским научным фондом.
Telegram 
Дзен 
VK Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
26 мая в России отмечается День российского предпринимательства, подчеркивающий важность среднего и малого бизнеса для экономики государства. Многие бизнесмены начинают свой путь в университете. Современные вузы все чаще становятся пространством, где дипломные проекты превращаются в технологические продукты, а студенты — в предпринимателей еще до окончания учебы. О том, почему университетская среда становится важной частью стартап-экосистемы и какие инструменты действительно помогают запускать проекты, рассказывает проректор по образованию НИТУ МИСИС Андрей Воронин.
Проблема износа тазобедренных суставов с каждым годом становится все актуальнее: малоподвижный образ жизни, лишний вес и старение населения ведут к инвалидизации и снижению качества жизни. Традиционные металлические протезы, которые сегодня ставят миллионам пациентов, со временем расшатываются, вызывают воспаление и требуют повторных операций. Альтернативой оказывается углерод-углеродный композит — биосовместимый и износостойкий материал, который уже доказал свою пригодность для бедренного компонента имплантата. Однако протез состоит не только из него, но и из другой детали, которая работает в более сложных условиях и сильнее подвержена разрушению. Именно эта часть конструкции до сих пор не была изучена, а значит, создавать полноценные композитные протезы сейчас преждевременно. Ученые Пермского Политеха впервые восполнили этот пробел: они создали модель чаши из углепластика и определили, при каких нагрузках в ней начинаются повреждения. Результаты позволят инженерам перейти к проектированию полностью композитных эндопротезов с предсказуемым сроком службы.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно