Flux-closure domain (FCD) strukturer är mikroskopiska topologiska fenomen som finns i ferroelektriska tunna filmer som har distinkta elektriska polarisationsegenskaper. Dessa domäner med slutna slinga har fått uppmärksamhet bland forskare som studerar nya ferroelektriska enheter, allt från datalagringskomponenter och spintronic tunnelkorsningar till ultratunna kondensatorer.

Vid utveckling av tunna filmer för sådana enheter, forskare har trott att kontakt med vanligt använda oxidelektroder begränsar FCD -bildning. Dock, en grupp forskare i Kina har visat något annat. Resultaten rapporteras denna vecka som omslagsartikel i Bokstäver i tillämpad fysik , från AIP Publishing.

Ferroelektriska material utvecklas och studeras vanligtvis som tunna filmer, ibland så tunn som bara några nanometer. Som ett resultat, forskare har börjat upptäcka de rikliga domänstrukturer och unika fysiska egenskaper som dessa ferroelektriska ämnen besitter, såsom skyrmion och FCD-bildning som kan gynna nästa generations elektroniska enheter. Eftersom filmerna är så tunna, dock, deras interaktion med elektroder är oundviklig.

"Det allmänna tänket har varit att oxidelektroder skulle destabilisera flussstängningsdomäner. Men vårt arbete har visat att detta inte längre är sant när de övre och nedre elektroderna är symmetriska, vilket fysiskt är vettigt, "sa Yinlian Zhu, professor vid Institute of Metal Research vid den kinesiska vetenskapsakademin och medförfattare till artikeln.

Zhu och kollegor använde två typer av oxidelektroder:en baserad på strontiumrutenat, den andra baserad på lantan strontium manganit, valda som oxidelektroder på grund av deras liknande perovskitstrukturer, som fungerar bra i skikt-för-lager filmtillväxt. De studerade hur dessa elektroder påverkade FCD-bildning i PbTiO3 (PTO) perovskit-oxidbaserade tunna filmer som deponerats på gadolinium scandiumoxid (GSO) substrat.

Forskargruppens tidigare studier indikerade att flussstängningsdomäner kan stabiliseras i ansträngda ferroelektriska filmer där stammen spelar en kritisk roll vid bildandet av flussstängningsdomäner, såsom flerlagers PTO/strontiumtitanatsystem som odlas på GSO-baserade (specifikt GdScO3) substrat.

Baserat på deras tidigare studier, forskarna förutsåg följaktligen att liknande fenomen även kunde inträffa i kraftuttags-/elektrodsystem. De odlade sedan PTO-filmer inklämda mellan symmetriska oxidelektroder på GSO-substrat med hjälp av pulsad laseravsättning.

De fann att periodiska FCD -matriser kan stabiliseras i kraftuttagsfilmer när de övre och nedre elektroderna är symmetriska, medan växelströmsdomäner visas när de applicerar asymmetriska elektroder.

"Vi har framgångsrikt odlat ferroelektriska tunna filmer med symmetriska oxidelektroder där flödesstängningsdomäner och deras periodiska uppsättningar tydligt finns, "Zhu sa." Vårt arbete belyser förståelsen av flussstängningsdomänernas natur i ferroelektriska ämnen. Vi förväntar oss att det kommer att öppna forskningsmöjligheter i utvecklingen av dessa strukturer under externa elektriska fält. "