Плотность записи данных на сегнетоэлектрические носители имеет хорошие перспективы роста

В опытах с сегнетоэлектриком сотрудники Института физики микроструктур им. Макса Планка и Исследовательского центра Юлиха (оба — Германия) экспериментально зарегистрировали домены чрезвычайно малого размера, которые могут служить ячейками памяти.

Сегнетоэлектрические материалы отличаются от всех прочих тем, что в определённом интервале температур обладают самопроизвольной поляризацией, направление которой меняется под действием внешнего электрического поля. Их структура характеризуется присутствием доменов, небольших областей с однонаправленной поляризацией (то есть с одинаково ориентированными диполями). Это свойство инженеры хотят использовать при создании энергонезависимой сегнетоэлектрической памяти:

бистабильная поляризация — хорошая основа для двоичных ячеек, каждой из которых соответствует тот или иной домен.

В новых экспериментах исследовался образец цирконата-титаната свинца (PZT), известного сегнето-, пиро- и пьезоэлектрического материала. Тонкий слой PZT был нанесён на подложку из титаната стронция, причём авторы постарались надёжно отделить один материал от другого прослойкой оксида рутения RuO2. Для наблюдений использовался просвечивающий электронный микроскоп, способный определять положение атомов с точностью до нескольких пикометров.

chamber.jpg Рис. 1. Камера, в которой методом импульсного лазерного осаждения был получен образец PZT (фото MPI of Microstructure Physics).

Оценив расположение атомов кислорода, циркония и титана в сечении образца, учёные установили ориентацию диполей более чем в 250 элементарных ячейках PZT и границы доменов. Самый интересный — и самый маленький — из них расположился на поверхности PZT, прилегающей к слою RuO2: здесь ориентация диполей изменялась непрерывно, поворачивая на 180˚.

«Подобные домены встречаются в магнитных материалах и были предсказаны теоретически в случае сегнетоэлектриков, но наблюдать их на опыте ещё никому не удавалось», — говорит представитель научной группы Кнут Урбан (Knut Urban).

Ранее считалось, что поляризация на небольшом участке площадью в несколько квадратных нанометров сохраняться не может, поскольку малое количество содержащихся в нём диполей не позволяет бороться с действием не полностью скомпенсированных зарядов на границах слоя. В верхней части плёнки PZT порядок диполей, к примеру, нарушался, что исследователи также зафиксировали в эксперименте.

«Деполяризация должна была устанавливать минимальный размер доменов — примерно 20×20 нм, — замечает другой участник работ Марин Алексе (Marin Alexe). — Оказалось, что эти предположения неверны».

Значения «1» и «0» в таких уменьшенных доменах можно кодировать ориентацией диполей по часовой стрелке и в обратном направлении.

«В ближайшем будущем мы попробуем выяснить, каковы условия появления «круговой» поляризации», — формулирует задачу г-н Алексе.

domains.jpg Рис. 2. Сечение образца PZT. Слева красным отмечена граница слоя RuO2, а справа стрелками показана ориентация диполей. Пунктиром выделены границы доменов, наиболее интересный из которых находится в центре. (Иллюстрация Chun-Lin Jia / FZ Jülich).

Полная версия отчёта опубликована в статье

Chun-Lin Jia1, Knut W. Urban, Marin Alexe, Dietrich Hesse and Ionela Vrejoiu Direct Observation of Continuous Electric Dipole Rotation in Flux-Closure Domains in Ferroelectric Pb(Zr,Ti)O3. – Science. – 18 March 2011: Vol. 331 no. 6023 pp. 1420–1423; DOI: 10.1126/science.1200605.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (7 votes)
Источник(и):

1. Общество Макса Планка

2. compulenta.ru