Demonstration af ultrahøj hastighed piezoelektrisk tynd film med nanodomænestruktur

Japan Synchrotron Radiation Research Institute, Tokyo Institute of Technology, National Institute for Materials Science, og Kyoto University bekræftede for første gang i verden, at det er muligt at opnå ultra-højhastigheds-omskiftning på en tid på 200 nanosekunder med en ny piezoelektrisk tynd film, som besidder mikroregioner kaldet "nanodomæner." Det nye materiale forventes at muliggøre højere hastigheder i driftsændringer (omskiftning).

Piezoelektriske tynde film udnytter egenskaben af ​​strukturelle ændringer som reaktion på elektriske signaler, og bruges som strømkilde til mikroenheder (Micro Electro Mechanical Systems, MEMS) i inkjet-printere. Imidlertid, skiftetiden kan ikke kontrolleres tilstrækkeligt med den nuværende generation af piezoelektriske tyndfilm. Hvis det er muligt at realisere højhastighedsskift, udvidelse til industrielle applikationer og udvikling af produkter med højere ydeevne kan forventes.

Derfor, ved at bruge synkrotronstrålingen med høj lysstyrke fra Japans storskala synkrotronstrålingsanlæg SPring-8, denne forskergruppe undersøgte nanodomænets strukturelle ændringer, der opstår, når et elektrisk felt påføres med høj hastighed på en ferroelektrisk tynd film, som er en type piezoelektrisk. Som resultat, det lykkedes for gruppen for første gang i verden at bekræfte, at nanodomænets krystalorientering af denne tynde film ændrer sig i en tid på 2/10 milliontedele af et sekund, eller 200 nanosekunder (200 ns).

Dette resultat, som viste muligheden for at kontrollere piezoelektriske tynde film på nanosekundsordenen 200ns, vil yde et stort bidrag til udviklingen af ​​højtydende produkter ved at realisere højere hastigheder i MEMS ved hjælp af piezoelektriske tyndfilm. Som eksempler, i inkjet-printere, opnåelse af højere behandlingshastigheder i MEMS, som kontrollerer blækbelægning, vil muliggøre finprint med en mindre mængde blæk end den konventionelle teknologi, og i bilmotorer, højere MEMS-hastigheder kan forventes at bidrage til forbedret brændstoføkonomi og reduceret udstødningsgas ved anvendelse af nanodomænestrukturer på keramiske dele, som styrer brændstofforbrugseffektiviteten.

Dette værk blev offentliggjort den 4. november i Anvendt fysik bogstaver og er også blevet nyvalgt som et bemærkelsesværdigt papir i Virtual Journal of Nanoscale Science and Technology .