کشف مسیر هدایت الکتریکی جدید در دیواره های دامنه فروالکتریک !

[∆ MeRzaD ∆]

محققان آمریکایی به بررسی ورقه‌های دو بعدی از بارهای تشکیل شده در دامنه‌های فروالکتریک پرداختند. آنها دریافتند که این ورقه‌ها با تشکیل حلقه‌های توپولوژیکی به‌صورت طبیعی بوجود آمده است. نتایج یافته‌های این گروه در حوزه  فیزیک مواد متراکم از اهمیت بسیاری برخوردار است.

پژوهشگران دانشگاه روتگر با همکاری محققانی از مرکز نانومواد، مواد مغناطیسی و الکترونیکی موفق شدند ورقه‌های دو بعدی از بارهای تشکیل شده در مرز دامنه‌های فروالکتریک را در یک ماده مولتی فریک شناسایی کنند. این ورقه‌های باردار دو بعدی با استفاده از نقص‌های ناپایدار، تقویت شیمیایی یا تماس ساختاری ایجاد نشده‌اند بلکه با تشکیل حلقه‌های توپولوژیکی و به‌صورت طبیعی بوجود آمده‌اند. این کشف گام مهمی برای درک خواص نیمه‌هادی در دامنه‌ها و دیواره‌های دامنه‌های گپ کوچک در مواد فروالکتریک است.

این پروژه موجب فراهم شدن بستری مناسب جهت مطالعه انتقال حاملین بار که در میان دو سطح محدود شده‌اند، فراهم می‌کند. این موضوع یکی از مباحث بسیار مهم در فیزیک مواد متراکم است. این تیم تحقیقاتی روی HoMnO3 متمرکز شده‌اند که یک ماده مولتی فریک است، در این ماده خاصیت آنتی فرومغناطیسی و فروالکتریسیته با هم وجود دارند همچنین نیروهای مکانیکی، الکتریکی و مغناطیسی می‌توانند با هم جفت شوند. به‌منظور اندازه‌گیری خواص مختلف این ماده در مقیاس نانو، پژوهشگران از میکروسکوپ نیروی اتمی رسانای درجا (cAFM)، میکروسکوپ نیروی پاسخ پیزو (PFM) و میکروسکوپ نیروی پیمایش کلوین (KPFM) در دمای پایین استفاده کردند.

نتایج نشان داد که نقص‌های توپولوژیکی می‌تواند برای پایداری دیواره دامنه‌های 180 درجه‌ای باردار در مواد مولتی فریک به‌کار گرفته شود، با این کار فرصت‌ جدیدی برای کانال هدایت نانومقیاس در ادوات چندعاملی فراهم می‌شود. دیواره‌های دامنه فروالکتریک باردار می‌تواند بستر جدیدی برای ایجاد گاز الکترونی دو بعدی همبسته ایجاد کند بدون این که نیاز به تقویت شیمیایی باشد.

نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوانConduction of topologically-protected charged Ferroelectric domain walls  در نشریه Phys. Rev. Lett به چاپ رسیده است.