Natuurkundigen ontdekken een verenigend patroon in tweedimensionale ferro-elektriciteit

Spinodale afbraak- en nucleatieprocessen in dunne PZT-films. Credit: Nature Communications (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-19519-w

Natuurkundigen van de Universiteit van Arkansas hebben een verenigend raamwerk ontdekt in de dipolaire patronen van tweedimensionale ferro-elektrische systemen, een bevinding die de ontwikkeling van informatiecoderingssystemen met hoge dichtheid in computers en andere elektronica zou kunnen helpen bevorderen.

Ferro-elektrische films zijn atomair dunne materialen die veelbelovend zijn voor dichte informatieopslag op nanoschaal. Ze worden gekenmerkt door hun structurele patronen: sommige zijn labyrinten (mozaïek), andere zijn bellenvormig. Patronen worden typisch bepaald door het materiaaltype en door de filmconfiguratie (substraat, elektrode, dikte, etc.).

Maar onderzoekers vonden een raamwerk voor de patronen, waardoor ze hun evolutieve topologie beter konden begrijpen. Hun studie vindt het antwoord op de veranderende patronen in ferro-elektrische films in niet-evenwichtsdynamica, met topologische defecten die de daaropvolgende evolutie aansturen. Hun voorspellingen werden experimenteel bevestigd door medewerkers van de Universiteit van New South Wales in Australië, die de patronen ook konden manipuleren door parameters zoals temperatuur en de sterkte van een elektrisch veld te veranderen.

“Deze topologische fasen in laagdimensionale ferro-elektrische systemen omvatten niet alleen opkomende verschijnselen die op zichzelf fundamenteel interessant zijn, maar ze lijken ook serieuze kandidaten voor de volgende generatie efficiënte informatiecodering met hoge dichtheid”, aldus Yousra Nahas, onderzoeksassistent-professor van natuurkunde en eerste auteur van de studie die in het tijdschrift werd gepubliceerd Nature Communications. “Deze studie kan onderzoekers helpen de voorwaarden voor patroonverandering en de fysica erachter te begrijpen. Het is cruciaal voor het ontwerpen en aanpassen van toekomstige geavanceerde elektronische apparaten op basis van ferro-elektrisch materiaal.”