Inom materialvetenskapens område har fenomenen polarisering och polaritet konventionellt förknippats med isolatorer. Föreställ dig dock ett scenario där dessa egenskaper kan induceras i metaller, vilket potentiellt kan mildra effektförluster tillskrivna halvledare och förlänga livslängden för batterier integrerade i elektroniska enheter.
Ett nyligen genomfört genombrott som uppnåtts av forskare i Sydkoreas samarbete är upptäckten av en metod för att inducera och kontrollera polarisering och polaritetstillstånd inom metaller. Deras studie publicerades i Nature Physics den 17 januari 2024.
Fria elektroner i metaller uppvisar obegränsad rörelse, vilket gör det svårt att rikta in dem i specifika riktningar för att inducera polarisering eller polaritetstillstånd. Dessutom har den symmetriska strukturen i båda ändarna av metallkristaller historiskt sett ställt till utmaningar när det gäller att inducera dessa elektriska effekter.
Forskargruppen använde flexoelektriska fält för att implementera polarisering och polaritetstillstånd inom metaller. Denna typ av fält uppstår när ytan på ett föremål genomgår ojämn deformation, vilket möjliggör manipulering av laddningsrörelser och elektriska egenskaper genom att subtilt ändra metallens gallerstruktur.
Teamet utövade externt tryck på det ofta använda strontiumrutenaten (SrRuO3 ) inom området för elektroniska komponenter och halvledare, som genererar ett flexoelektriskt fält. Denna metalloxid, kännetecknad av heteroepitaxi, där kristaller av strontium och ruteniumoxid med olika former växer i samma riktning, har en centrosymmetrisk struktur.
Det flexoelektriska fältet förändrade den elektroniska interaktionen och gitterstrukturen inom strontiumrutenat, vilket ledde till en framgångsrik induktion av polarisering i metallen, vilket orsakade en transformation i dess elektriska och mekaniska egenskaper och bröt den tidigare centrala symmetriska strukturen. Genom att använda flexoelektrisk polarisering och kontroll av en ferromagnetisk metall har forskargruppen framgångsrikt avslöjat mysteriet kring implementeringen av polarisering och polaritet inom metalliska ämnen.
Studiens ledande forskare, professor Daesu Lee från institutionen för fysik vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH), sa:"Vi är de första forskarna som verifierar den universella implementeringen av polaritetstillstånd inom metalliska ämnen. Jag är hoppfull att resultaten från denna studie kommer att visa sig vara till nytta för att skapa högeffektiva enheter inom halvledar- och elektriska fält."
Mer information: Wei Peng et al, Flexoelectric polarization and control of a ferromagnetic metal, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02333-8
Journalinformation: Naturfysik
Tillhandahålls av Pohang University of Science and Technology
