Veel elektronische en elektromechanische apparaattechnologieën van de volgende generatie zijn afhankelijk van de ontwikkeling van ferro-elektrische materialen. De ongebruikelijke kristalstructuren van deze materialen hebben gebieden in hun roosters, domeinen genoemd, die zich gedragen als moleculaire schakelaars. De uitlijning van een domein kan worden omgeschakeld door een elektrisch veld, die de positie van atomen in het kristal verandert en de polarisatierichting verandert. Deze kristallen worden typisch gekweekt op ondersteunende substraten die helpen bij het definiëren en organiseren van het gedrag van domeinen. Controle over het schakelen van domeinen bij het maken van kristallen van ferro-elektrische materialen is essentieel voor toekomstige toepassingen.

Nu heeft een internationaal team van Nagoya University een nieuwe manier ontwikkeld om de domeinstructuur van ferro-elektrische materialen te controleren, die de ontwikkeling van toekomstige elektronische en elektromechanische apparaten zou kunnen versnellen.

"We hebben loodzirkonaattitanaatfilms op verschillende substraattypes gekweekt om verschillende soorten fysieke belasting te veroorzaken, en vervolgens selectief delen van de films geëtst om nanostaafjes te maken, " zegt hoofdauteur Tomoaki Yamada. "De domeinstructuur van de nanostaafjes was bijna volledig omgedraaid vergeleken met [die van] de dunne film."

Loodzirkonaattitanaat is een veelvoorkomend type ferro-elektrisch materiaal, die schakelt op basis van de beweging van ingesloten loodatomen tussen twee stabiele posities in het kristalrooster. Delen van de film werden opzettelijk verwijderd om vrijstaande staven op de substraten achter te laten. Het team gebruikte vervolgens synchrotron-röntgenstraling om de domeinstructuur van individuele staven te onderzoeken.

Het contactoppervlak van de staven met het substraat werd sterk verminderd en de domeineigenschappen werden meer beïnvloed door de omgeving, die de domeinstructuur door elkaar haalde. Het team ontdekte dat het coaten van de staven met een metaal de effecten van de lucht kon afschermen en ze hadden de neiging om de oorspronkelijke domeinstructuur te herstellen, zoals bepaald door de ondergrond.

"Er zijn maar weinig effectieve manieren om de domeinstructuur van ferro-elektrische materialen te manipuleren, en dit wordt moeilijker wanneer het materiaal nanogestructureerd is en het contactoppervlak met het substraat klein is", zegt medewerker Nava Setter. "We hebben geleerd dat het mogelijk is om deze materialen te nanostructureren met controle over hun domeinen, wat een essentiële stap is in de richting van de nieuwe functionele apparaten op nanoschaal die door deze materialen worden beloofd."

Het artikel, "Ladingsscreeningstrategie voor domeinpatrooncontrole in ferro-elektrische systemen op nanoschaal, " werd gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .