Feroelektrikai sudaro atskirą dielektrikų klasę, pasižyminčią ypatingomis savybėmis: jie nepraranda poliarizacijos, panaikinus išorinį elektrinį lauką, ir gali būti poliarizuoti dviem kryptimis. Feroelektrikai vaidina svarbų vaidmenį tobulinant duomenų saugojimo technologijas ir kuriant novatoriškus pjezoelektrinius prietaisus. Dresdeno technologijos universiteto mokslininkams pavyko sukurti mikroskopinius skirtingos poliarizacijos krypties feroelektrikų domenų vaizdus.
Feroelektrikai sudaro atskirą dielektrikų klasę, pasižyminčią ypatingomis savybėmis: jie nepraranda poliarizacijos, panaikinus išorinį elektrinį lauką, ir gali būti poliarizuoti dviem kryptimis. Feroelektrikai vaidina svarbų vaidmenį tobulinant duomenų saugojimo technologijas ir kuriant novatoriškus pjezoelektrinius prietaisus (pjezoelektrikai – medžiagos, kurios tampa poliarizuotos jas mechaniškai deformavus). Dresdeno technologijos universiteto (Vokietija) mokslininkams pavyko sukurti mikroskopinius skirtingos poliarizacijos krypties feroelektrikų domenų vaizdus. Gauti rezultatai paskelbti „Physical Review Letters“ žurnale.
 Netikrų spalvų bario titanato kristalo paviršiaus vaizdas. Paveikslėlis a gautas matuojant 17,2 mikrometro bangos ilgio šviesa, o paveikslėlis b – 16,7 mikrometro. Raudona spalva reiškia stiprų signalą. Aiškiai matomas spalvų perėjimas: iš raudonos į mėlyną. |
|---|
Luko M. Engo (Lukas M. Eng) vadovaujama mokslininkų grupė feroelektrikų domenų tyrimams panaudojo laisvaelektronį lazerį. Feroelektrinėmis medžiagomis vadinami tokie kristalai kaip, pavyzdžiui, bario titanatas, kuriose titano atomai kristalinėje gardelėje viena kryptimi yra šiek tiek pasislinkę. Šis poslinkis nulemia poliarizaciją (todėl ir nuolatinio elektrinio lauko buvimą).
Feroelektrikų domenai skiriasi tiktai nuolatinio elektrinio lauko kryptimi: jis gali būti nukreiptas lygiagrečiai kristalo paviršiui arba statmenai jam. Paveikus išoriniu lauku (elektros įtampa) galima pakeisti domenų poliarizacijos kryptį. Dėl šios savybės feroelektrikai plačiai naudojami kuriant naujus technologinius įrenginius, pavyzdžiui, feroelektrines laisvosios kreipties atmintines (FRAM arba FeRam).
Dresdeno mokslininkai stengėsi išgauti kuo aiškesnį domenų vaizdą tam, kad būtų galima geriau suprasti jų veikimo principą – tai gali padėti lengviau valdyti domenų elektrinius krūvius. Bario titanato domeno dydis siekia nuo vieno iki dešimties mikrometrų. Optiniai tyrimo metodai priklauso nuo naudojamos šviesos bangos ilgio. Laisvaelektronis lazeris pasižymi galinga spinduliuote plačioje infraraudonojo ir terahercinio elektromagnetinio spektro dalyje.
Mokslininkai parinko rezonansinį bario titanato kristalo dažnį (apie 18 THz) ir nukreipė nematomą lazerio spindulį į smailią adatėlę (atominės jėgos mikroskopo galiuką), judančią išilgai bandinio paviršiaus. Tuomet jie išmatavo nuo adatos išsklaidytą šviesą. Paaiškėjo, kad šis signalas turi informacijos apie mikroskopinę bandinio sandarą, o jo skiriamoji geba siekia apie 200 nanometrų (tai šimtus kartus mažiau už panaudotos šviesos bangos ilgį).
Feroelektrinės medžiagos domenai sutvisko skirtingomis spalvomis, nes infraraudonoji šviesa su skirtingos poliarizacijos domenais sąveikauja nevienodai. Šis metodas vadinamas artimojo lauko mikroskopija. Tyrėjai pasinaudojo tuo, kad dviejų skirtingų orientacijų domenai pasižymi savais rezonansiniais dažniais. Šiais dažniais yra išsklaidoma daugiausia infraraudonosios šviesos. Atliekant eksperimentą, ploteliai, kurie buvo šviesūs (paveiksliuke pažymėti raudonai) esant 16,7 mikrometro bangos ilgiui, tapo tamsūs (paveiksliuke pažymėti mėlynai) padidinus bangos ilgį iki 17,2 mikrometro, ir atvirkščiai.
Gauti rezultatai įrodo, kad laisvaelektronį lazerį galima plačiai taikyti artimojo lauko mikroskopijoje. Didelė galia ir suderinamumas yra būtini atliekant tokios rūšies tyrimus. Mokslininkų grupė gavo Vokietijos mokslo fondo finansavimą ir toliau tęsia darbus. Vėliau tikimasi pereiti prie biomolekulių arba puslaidininkinės nanosandaros tyrimų.
