Объясняя происхождение загадочных структур поляризации, которые ранее наблюдались в сегнетоэлектрическом материале под названием титанат бария, Раджив Ахлувалия и Натаниэль Нг из Института высокопроизводительных вычислений A * STAR в Сингапуре и его коллеги нашли способ «записать» поляризационные модели в наномасштабе. сегнетоэлектрические материалы.Сегнетоэлектрические кристаллы содержат мозаику из наноразмерных «доменов», каждый из которых имеет свою собственную поляризацию. Хотя понимание того, как формируются эти домены, могло бы помочь разработать надежные приложения для сегнетоэлектрических материалов, два различных метода визуализации ранее показали противоречивые результаты о доменах в титанате бария. Поэтому команда Ахлувалии решила разгадать эту загадку.
Один метод — просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), который использует пучок электронов для исследования свойств кристалла, предполагает, что домены представляют собой длинные полосы, расположенные в четырех квадрантах, где итоговая поляризация в каждом квадранте направлена внутрь или наружу от поверхности. . Другой метод — силовая микроскопия пьезоотклика (PFM) — также выявляет образование квадрантов, но поляризации параллельны поверхности, так что общая поляризация кристалла образует замкнутую петлю.Ахлувалия и его коллеги выдвинули гипотезу, что электронный пучок ТЕМ изменяет картину поляризации в образце.
PFM, напротив, использует острый наконечник для обнаружения деформаций в материале, вызванных локализованным электрическим полем.Ученые разработали теоретическую модель, которая показала, что увеличение электронной плотности в кристалле приводит к той же картине поляризации, которую они наблюдали с помощью ПЭМ. Они также подсчитали, что радиальное электрическое поле, создаваемое электронным лучом, может создавать другие отличительные черты этого рисунка.
В нормальных условиях электронный луч не может изменять домены. Но если луч достаточно сильный, чтобы нагреть образец выше температуры Кюри, материал теряет свою собственную поляризацию.
По мере охлаждения радиальное электрическое поле, индуцированное электронным пучком, формирует форму преобразования доменов.Открытие команды служит предупреждением о том, что методы электронного луча могут изменить те самые области, которые исследователи стремятся измерить.
Однако электронные лучи можно использовать для преднамеренного изменения структуры поляризации в сегнетоэлектрических материалах, что потенциально может быть полезно для следующего поколения запоминающих устройств с более высокой плотностью хранения, говорит Ахлувалия.