科学家发现了一种诱导和控制金属极化和极性状态的方法

摘要:

在材料科学领域,极化和极性的概念通常与绝缘体有关。但试想一下,如果我们能将这些特性引入金属。这可以减少与半导体相关的功率损耗,并延长电子设备所用电池的寿命。迄今为止,尽管学术界在诱导金属极化和极性方面进行了深入研究,但现有技术仍面临巨大挑战。

最近,浦项科技大学(POSTECH)物理系的 Daesu Lee 教授、首尔国立大学(SNU)物理和天文系的 Tae Won Noh 教授和 Wei Peng 博士以及双吉大学(SSU)物理系的 Se Young Park 教授通力合作,取得了突破性进展,发现了一种诱导和控制金属极化和极性状态的方法。

这项突破性研究最近发表在《自然-物理》杂志上。

诱导两极分化的挑战

顾名思义,金属中的"自由电子"的运动不会受到限制,因此很难将它们排列在特定的方向上以诱导极化或极性状态。此外,金属晶体两端对称的结构也给诱导这些电效应带来了挑战。

不过,研究小组采用了柔电场来实现金属内部的极化和极性状态。当物体表面发生非均匀变形时,就会产生这种场,从而通过微妙地改变金属的晶格结构来操纵电荷运动和电气特性。

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(上图)通过柔电场实现极化金属态的示意图 (下图)极化金属 SrRuO3 的原子尺度成像图源 :POSTECH

研究小组对电子元件和半导体领域广泛使用的钌酸锶(SrRuO3)施加外部压力,产生了柔电场。这种金属氧化物的特点是异外延,即不同形状的氧化锶和氧化钌晶体沿同一方向生长,具有中心对称结构。

挠电场改变了钌酸锶内部的电子相互作用和晶格结构,成功诱导了金属内部的极化,导致其电气和机械性能发生变化,并打破了之前的中心对称结构。通过对铁磁性金属进行柔电极化和控制,研究小组成功揭开了金属物质内部极化和极性实现的神秘面纱。

该研究的首席研究员、POSTECH 的 Daesu Lee 教授强调说:"我们是第一批验证金属物质中极性状态普遍存在的研究人员。我希望这项研究的结果将有助于在半导体和电气领域制造高效设备。"

编译自:ScitechDaily

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