Теоретический подход к сегнетоэлектричеству в материалах на основе гафния

Новости сегодня - Теоретический подход к сегнетоэлектричеству в материалах на основе гафния

Сегнетоэлектрики Hafnia основаны на их технических перспективах и замечательном поведении, особенности которых обусловлены активным внешним механизмом, который вносит вклад в их свойства за счет растущего числа новых внутренних особенностей.

Ввиду их нетрадиционности основные вопросы о материалах остаются открытыми. В новом отчете, опубликованном в журнале Communications Materials, Уго Арамберри, Хорхе Инигес и группа исследователей в области материаловедения, науки и физики из Люксембурга использовали моделирование первых принципов, чтобы показать, как принятие оригинальной эталонной фазы с высокой симметрией привело к разработке математически простого и физически прозрачного объяснения сегнетоэлектрического состояния Гафнии. Работа позволила глубже раскрыть возможности сегнетоэлектриков Hafnia для оптимизации их свойств и создания новых свойств.

Сегнетоэлектрики и причины альтернативного подхода к гафнию

Сегнетоэлектрики Hafnia обладают большими техническими перспективами и удивительными свойствами благодаря своей наноструктуре и настраиваемой пьезоэлектрической реакции . Поведение таких материалов еще предстоит понять; однако большинство внутренних и внешних факторов влияют на наблюдаемые свойства. К ним относятся внутренние особенности совершенных кристаллов.

Основываясь на первых принципах моделирования, Арамберри и его команда показали существование сегнетоэлектрического состояния и раскрыли его свойства. Сегнетоэлектричество в гафнии демонстрирует сегнетоэлектрическую фазу с четырьмя различными доменами в образцах гафнии.

Во время пробуждения гафния ведет себя как сегнетоэластичный двухосный материал, что требует теории, основанной на тетрагональной эталонной структуре с высокой симметрией. «Пробужденные» образцы гафния и циркония демонстрируют сосуществование фаз, включая сегнетоэластическое состояние o-III , хорошо известное моноклинное основное состояние и другие орторомбические полиморфы . Такие полиморфы разделены границами нулевой ширины.

Природа сегнетоэлектричества Гафнии.

Хафния продемонстрировала особенности, типичные для сегнетоэлектриков с большими коэрцитивными полями, а также устойчивость полярного порядка на наноуровне. Ранее исследователи отмечали сильную диэлектрическую аномалию , при которой нагревание гафнии приводило к сегнетоэлектрическому фазовому переходу, подобному настоящим сегнетоэлектрикам, таким как титанат бария, с высокой диэлектрической проницаемостью.

Моделирование оксида бария и титана с помощью теории функционала плотности продемонстрировало отличительные особенности сегнетоэлектричества. Результаты также проливают свет на возможные переходы между стабильными полиморфами гафнии и вариации ее структурных деталей.

Чтобы исследовать сегнетоэлектрическое переключение и управляемые полем переходы в гафнии и диоксиде циркония, Арамберри и его команда построили теоретическое опорное состояние в качестве отправной точки, чтобы облегчить определение всех соответствующих промежуточных состояний.

В ходе экспериментов команда проводила исследования с использованием первых принципов теории функционала плотности. Они рассчитали поляризацию, используя современную теорию поляризации . Для анализа симметрии они использовали стандартные сетевые кристаллографические инструменты и визуализировали структурные представления структур с помощью рентгенограмм.

Перспективы

Таким образом, Уго Арамберри, Хорхе Инигес и их команда представили теоретическую основу для моделирования функциональных свойств наиболее распространенной сегнетоэлектрической фазы гафния и циркония, которая включает в себя переключение, управляемые полем переходы и электромеханические реакции.

Команда опиралась на одноосный ферроидный порядок, который затронул многие такие образцы. Ученые обсудили влияние этого явления на различные методы лечения, и результаты предоставили простую, но полную картину соответствующего энергетического ландшафта гафнии и циркония, который естественным образом связывает все низкоэнергетические полиморфы.

Предлагаемый справочник является идеальной отправной точкой от теоретических и вычислительных исследований до концепции новых экспериментов и их оптимизации.

Новости партнеров: