SPM-bilder av (110) ytan på klyvda h-HoMnO3. (överst) PFM-bild som visar ferroelektriska domäner i planet (orienterade vertikalt, röda pilar). (botten) cAFM-bild som visar förbättrad ledning längs svans-till-svans-domänväggar; bilderna är 4 mikron per sida.
(PhysOrg.com)-Facility-användare från Rutgers University har tillsammans med Center for Nanoscale Materials Electronic &Magnetic Materials &Devices Group identifierat tvådimensionella laddningsark som bildas vid gränserna för ferroelektriska domäner i ett multiferroiskt material.
Dessa tvådimensionella laddade ark är inte fästa av instabila defekter, kemiska dopmedel, eller strukturellt gränssnitt, men bildas naturligt som de oundvikliga biprodukterna av topologiska virvlar. Denna upptäckt är ett viktigt steg för att förstå de halvledande egenskaperna hos domänerna och domänväggarna i ferroelektriska små gap.
Det föreslår också en ny och naturlig plattform för att utforska transport av laddningsbärare som är begränsade vid gränssnitt eller ytor, som är en av de stora lekplatserna inom fysik för kondenserad materia för framväxande fenomen.
Teamet fokuserade på sexkantiga HoMnO 3 , som är ett multiferroiskt material där antiferromagnetism och ferroelektricitet samexisterar och - mest intressant - magnetiska, elektrisk, och mekaniska krafter kan kopplas till varandra. För att mäta dessa olika materialegenskaper samtidigt och på nanometerlängdskalor, forskarna använde in situ ledande atomkraftsmikroskopi (cAFM), piezo-respons kraftmikroskopi (PFM), och Kelvin-probkraftmikroskopi (KPFM) vid låga temperaturer.
Resultaten visar att topologiska defekter kan utnyttjas för att stabilisera laddade 180-graders domänväggar i multiferroiker, öppnar möjligheter för en ny typ av nanoskala ledningskanal i multifunktionella enheter. Laddade ferroelektriska domänväggar kan tillhandahålla nya plattformar för att skapa en korrelerad tvådimensionell elektrongas utan kemisk dopning.
