Зарегистрирован «гигантский» флексоэлектрический эффект

Физики из Кореи и Великобритании зарегистрировали «гигантский» флексоэлектрический эффект в тонких оксидных плёнках.

Флексоэлектрический эффект описывается как возникновение электрического поля под действием градиента деформации. Это явление напоминает более известный пьезоэлектрический эффект, для обнаружения которого достаточно равномерной деформации, но, в отличие от пьезоэлектричества, носит универсальный характер и наблюдается в диэлектриках с любой из 32 возможных кристаллографических точечных групп симметрии.

Экспериментаторы хорошо изучили флексоэлектрический эффект в жидких кристаллах, графене, углеродных нанотрубках, биологических мембранах — там, где он имеет относительно большую амплитуду. В «обычных» твёрдых материалах контролировать градиент деформации и фиксировать возникающее поле, напряжённость которого остаётся невысокой, гораздо труднее, что и препятствовало исследованию флексоэффекта.

Схема релаксации деформации в плёнках, выращенных при относительно высоком (слева) и относительно низком парциальном давлении кислорода. Образующиеся во втором случае множественные кислородные вакансии «мешают» постоянной решётки уменьшаться, и градиент деформации становится менее резким. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.)

Поскольку напряжённость прямо пропорциональна градиенту деформации, для удобства наблюдения его пытаются сделать максимально резким. Авторы предложили своё решение этой задачи, вырастив методом импульсного лазерного осаждения плёнки HoMnO₃ на подложках из Pt/Al₂O₃ и диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Постоянная решётки HoMnO₃ на 3,5% отличается от постоянной Pt/Al₂O₃ и на 2,8% — от постоянной диоксида циркония. Это рассогласование и приводит к деформации, которая очень быстро релаксирует по мере удаления от области контакта плёнки с подложкой, задавая требуемый крутой градиент.

При подстановке измеренных в опытах значений градиента в формулу для напряжённости поля физики получали действительно большие величины, доходившие до 5 МВ/м (5•10^–3 В/нм). Новый способ интересен ещё и тем, что позволяет регулировать амплитуду эффекта, варьируя параметры осаждения плёнок: если этот процесс разворачивается в условиях низкого парциального давления кислорода, градиент деформации становится менее резким за счёт образования кислородных вакансий. Давление в 10 мторр давало, к примеру, напряжённость в 0,7 МВ/м (0,7•10^–3 В/нм).

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Американского физического общества.

blog comments powered by Disqus