Vil elektriske felter føre an i udviklingen af ​​halvledere med høj effekteffektivitet?

Inden for materialevidenskabens område er fænomenerne polarisering og polaritet konventionelt blevet forbundet med isolatorer. Forestil dig dog et scenarie, hvor disse egenskaber kan induceres i metaller, hvilket potentielt mindsker strømtab tilskrevet halvledere og forlænger levetiden for batterier integreret i elektroniske enheder.

Et nyligt gennembrud opnået ved samarbejdet mellem forskere i Sydkorea er opdagelsen af ​​en metode til at inducere og kontrollere polariserings- og polaritetstilstande i metaller. Deres undersøgelse blev offentliggjort i Nature Physics den 17. januar 2024.

Frie elektroner i metaller udviser ubegrænset bevægelse, hvilket gør det vanskeligt at justere dem i specifikke retninger for at inducere polarisering eller polaritetstilstande. Derudover har den symmetriske struktur i begge ender af metalkrystaller historisk set givet udfordringer med at inducere disse elektriske effekter.

Forskerholdet anvendte flexoelektriske felter til at implementere polariserings- og polaritetstilstande inden for metaller. Denne type felt opstår, når overfladen af ​​et objekt gennemgår uensartet deformation, hvilket muliggør manipulation af ladningsbevægelser og elektriske karakteristika ved subtilt at ændre metallernes gitterstruktur.

Holdet lagde eksternt pres på det udbredte strontiumruthenat (SrRuO₃ ) inden for elektroniske komponenter og halvledere, der genererer et flexoelektrisk felt. Dette metaloxid, karakteriseret ved heteroepitaxy, hvor krystaller af strontium og rutheniumoxid med forskellige former vokser i samme retning, har en centrosymmetrisk struktur.

Det flexoelektriske felt ændrede de elektroniske interaktioner og gitterstrukturen i strontiumruthenat, hvilket førte til en vellykket induktion af polarisering i metallet, hvilket forårsagede en transformation i dets elektriske og mekaniske egenskaber og bryder den tidligere centrale symmetriske struktur. Ved at anvende flexoelektrisk polarisering og kontrol af et ferromagnetisk metal har forskerholdet med succes afsløret mysteriet omkring implementeringen af ​​polarisering og polaritet i metalliske stoffer.

Studiets ledende forsker, professor Daesu Lee fra Institut for Fysik ved Pohang University of Science and Technology (POSTECH), udtalte:"Vi er de første forskere til at verificere den universelle implementering af polaritetstilstande inden for metalliske stoffer. Jeg håber, at resultaterne fra denne undersøgelse vil vise sig at være gavnlig til fremstilling af højeffektive enheder inden for halvleder- og elektriske felter."

Flere oplysninger: Wei Peng et al., Flexoelektrisk polarisering og kontrol af et ferromagnetisk metal, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02333-8

Journaloplysninger: Naturfysik

Leveret af Pohang University of Science and Technology