Stronsium titanat 1970-ci illərdə daha az kövrək alternativlər ortaya çıxmazdan əvvəl zərgərlikdə almaz əvəzedicisi kimi istifadə edilmişdir. İndi tədqiqatçılar onun daha qeyri-adi xassələrini araşdırdılar ki, bu da nə vaxtsa kvant materiallarında və mikroelektronika tətbiqlərində faydalı ola bilər.

Nature Communications jurnalında yazan komanda, ferroelektrik vəziyyət kimi tanınan şeyi işə salaraq, son dərəcə nazik, çevik stronsium titanat membranını necə qurduqlarını və onu uzatdıqlarını izah edir . Bu vəziyyətdə, material daimi bir maqnitin öz maqnit sahəsini yaratmasına bənzər bir şəkildə öz elektrik sahəsini yaradır.

Enerji Departamentinin SLAC Milli Sürətləndirici Laboratoriyasının aparıcı alimi və Stenford Materiallar və Enerji Elmləri İnstitutunun (SIMESford) baş müstəntiqi Wei-Sheng Lee, “Biz membranı ferroelektrik və ya qeyri-ferroelektrik vəziyyətə qaytarmaq üçün gərginlik tətbiq etdik” dedi. “Bu, misli görünməmiş detallarla stronsium titanatda bu keçidin kəmiyyət xarakteristikalarına imkan verdi.”

Materialın uzanması onun atomları arasındakı məsafələri dəyişir, bu da onun fiziki xüsusiyyətlərini, o cümlədən elektrik xüsusiyyətlərini dəyişdirə bilər. Kvant materialı stronsium titanatında bu, materialda mənfi yüklü oksigen və müsbət yüklü titan ionlarını ayıraraq elektrik sahəsi yaradır və onu ferroelektrik vəziyyətə gətirir.

Bu materialda ferroelektrik enerjini işə salmaq qabiliyyəti, eləcə də çirklərin əlavə edilməsi və onun kvant materialının heterostrukturlarında geniş istifadəsi yolu ilə superkeçiricilik – stronsium titanatı gələcək nəsil hesablama, məlumat saxlama və super keçirici cihazlarda tətbiqlər üçün perspektivli edir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1748583942&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-05-strained-strontium-titanate-membrane-ferroelectric.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS41NSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM3LjAuNzE1MS41NSJdLFsiQ2hyb21pdW0iLCIxMzcuMC43MTUxLjU1Il0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1748583942833&bpp=3&bdt=146&idt=-M&shv=r20250528&mjsv=m202505220101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1748583873%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1748583873%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1748583873%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=1618949026488&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1858&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95353386%2C95360390%2C95361618%2C95362173&oid=2&pvsid=3069552264941303&tmod=422077717&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=122

Bununla belə, bu ferroelektrik keçidin təbiəti yaxşı başa düşülmür, buna görə də komanda stronsium titanatdakı ionların düzülməsini və ferroelektrik vəziyyətə salındığı üçün elektrik sahəsini izləmək üçün rentgen şüalarından istifadə etdi. Bununla belə, onlar bir problemlə üzləşdilər: Stronsium titanat otaq temperaturunda kövrək bir kristaldır – almaz əvəzedicisi kimi işləməməsinin səbəblərindən biri. Əvvəlki işdə, stronsium titanat nümunələri, qırılmadan əvvəl yalnız məhdud miqdarda uzanmağa dözə bildi, bu da onların öyrənilməsinə mane oldu.

Xoşbəxtlikdən, SIMES-in direktoru və Stanford və SLAC-ın professoru Harold Hvanqın laboratoriyasında hazırlanmış bir üsul kvant materiallarının nazik, çevik membranlarını istehsal edir. Cəmi bir neçə nanometr qalınlığında olan bu membranlar ilkin olaraq yetişdirildiyi səthdən soyularaq qırılmadan gərilə bilir. Tədqiqat qrupu uzana bilən stronsium titanat membranı hazırlamaq üçün bu texnikadan istifadə etdi.

“Məqsədimiz bu membranları rentgen şəraitində həyata keçirməyə və gərginlik tətbiq etməyə çalışmaq idi” dedi Ph.D. Yonghun Lee. Stanfordda tələbə. Lee və SLAC postdoktorantı Jiarui Li bu membranların elastik plastik təbəqələrə köçürülməsi və onları Argonne Milli Laboratoriyasında Qabaqcıl Foton Mənbəsində (APS) gərginliyi idarə etmək və ölçmək üçün istifadə olunan cihazlara əlavə etmək üçün eksperimental protokol hazırladı. APS-dən alınan rentgen şüaları membranın elektron strukturunun müxtəlif temperaturlar altında uzandığı zaman necə dəyişdiyini ortaya qoydu.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Otaq temperaturuna yaxın temperaturlarda stronsium titanatda ferroelektrik vəziyyətə keçid klassik faza keçidinin əlaməti olan istilik dalğalanmalarını nümayiş etdirir. Lakin kriogen temperaturlarda, Fahrenheitdən bir neçə yüz dərəcədən çox aşağı, istilik dalğalanmaları əhəmiyyətsiz olur və bu keçidin kvant ərazisinə keçdiyini göstərir.

Bu kvant krossoveri stronsium titanatın kriogen temperaturda uzanmadan ferroelektrik halına gəlməməsinin səbəbi ola bilər. Sistem kvant rejiminə daxil olduqda, enerji baxımından oxşar vəziyyətlər arasında qeyri-sabit keçid – kvant dalğalanmaları kimi tanınır.

Elektron strukturdakı bu kvant hərəkətləri stronsium titanatın özünü ferroelektrik nizama çevirməsinə mane olur. Materialın uzanması kvant dalğalanmalarını yatırır, materialın ferroelektrik olmasına imkan verir, lakin klassik faza keçidindən fərqli bir şəkildə.

“Nəticələrimiz göstərir ki, bu kvant dalğalanmaları keçiddə klassik effektdən daha çox kvant effekti üstünlük təşkil etdiyi zaman aşağı temperaturlarda rol oynayır” dedi Li.

Sonra, tədqiqatçılar bu eksperimental protokoldan digər kvant materiallarında gərgin keçidləri öyrənmək üçün istifadə edəcəklər. Bu keçidin daha yaxşı başa düşülməsi stronsium titanatı və mikroelektromexaniki açarlar kimi müxtəlif tətbiqlər üçün digər kvant materiallarını uyğunlaşdırmağa kömək edə bilər.

Daha çox məlumat: Jiarui Li və digərləri, SrTiO ₃ membranlarında gərginliyə səbəb olan ferroelektrik keçiddə klassik-kvant krossoveri , Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-59517-4

Jurnal məlumatı: Nature Communications 

SLAC Milli Sürətləndirici Laboratoriya tərəfindən təmin edilmişdir