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 Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Авторы нового исследования провели сравнительный анализ видов паукообразных и выяснили, какие эволюционные и биомеханические факторы делают одних пауков быстрыми, а других — медленными. Параллельно ученые выделили из этой группы рекордсмена по скорости перемещения.
Сотрудники факультета экономических наук НИУ ВШЭ показали, что точность прогноза рождаемости в России можно улучшить почти в полтора раза, если добавить в модель динамику поисковых запросов по темам, связанным с беременностью и родами. В наиболее эффективных моделях ошибка прогноза снижается с 4,6 до 3,2%.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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