Ferroelektriska material som har hög fotoelektrisk, piezoelektrisk och dielektrisk respons används i stor utsträckning i industriprodukter, såsom givare, kondensatorer och minnesenheter. Dock, som utvecklingen av teknik, miniatyrisering, integration och flexibilitet är av stor vikt, vilket knappast kunde uppfyllas av traditionella ferroelektriska bulkmaterial. Därav, ferroelektriska domänväggar i nanoskala (DW), med nyligen hittade dramatiska mekaniska, elektrisk, optiska och magnetiska egenskaper förutom ferroelektriska domäner, har blivit ett hett ämne.

Trots de spännande egenskaperna som ferroelektriska domänväggar har, för att ta dem i bruk behövs en bättre förståelse för DW-dynamik och utveckla metoder för DW-manipulation. Det är känt att yttre stimuli, såsom elektriska fält, mekanisk påkänning och temperaturer kan påverka DW-morfologi och stabilitet. DW-rörelse kan också påverkas av tröghetsegenskaperna hos provet såväl som inneboende egenskaper hos DW. Dock, effekten av bundna avgifter, vilket är en av de främsta egenskaperna hos DW, studeras mestadels teoretiskt.

I en ny forskningsartikel publicerad i Beijing-baserade National Science Review , forskare vid Nanjings universitet i Nanjing, Kina, Rutgers University i New Jersy, USA och vid Chinese Academy of Sciences i Shenzhen, Kina ger direkt experimentell insikt i DW-dynamik hos olika laddade DW under elektriska fält. Det visar sig via atomkraftsmikroskopi att rörligheten hos olika laddade DW i vismutferritfilmer varierar med det elektriska fältet.

Under lägre spänningar, head-to-tail DW är mer rörliga än andra DW, under högre spänningar, tail-to-tail DWs blir aktiva och har relativt lång medellängd. Detta tillskrivs den höga kärnbildningsenergin och den relativt låga tillväxtenergin för laddade DW. Baserat på dessa resultat, forskare utformade en polering i två steg. De polariserar ferroelektriska tunna filmer med lägre och högre elektriska fält genom att skanna provets yta med atomkraftsmikroskopspetsen. Uppsättningar av välinriktade stripe tail-to-tail DWs produceras framgångsrikt som ledande banor, medan orienteringen av DW kan ändras genom att variera avsökningsriktningen för spetsen. På det här sättet, de uppnådde den orienterade tillväxt- och konfigurationskontrollen av ferroelektriska DW.

"Vårt arbete avslöjar den anmärkningsvärda effekten av laddningsackumulering kring DWs på DW-mobilitet, tillhandahålla ett generaliserbart tillvägagångssätt för DW dynamiska studier i ferroiska material. Metoden som föreslås här för avancerad avstämning av ledande DW gör betydande framsteg mot deras tillämpningar i funktionella nano-enheter, " de hävdar.