Ferroelektrikler yarının elektronikleri için umut verici adaylar olarak görülüyor. Dünyanın en büyük X-ışını lazeri olan bir deney-Hamburg yakınlarındaki Schenefeld’deki Avrupa XFEL-şimdi özelliklerinin ultra hızlı zaman ölçeklerinde yüksek hassasiyetle kontrol edilebileceğini gösteriyor.
Avrupa XFEL’den Le Phuong Hoang ve Giuseppe Mercurio liderliğindeki uluslararası bir araştırmacı ekibi, ferroelektrik malzemelerin özelliklerini ışıkla son derece hızlı ve kesin olarak manipüle etmenin yeni bir yolunu keşfetti. Bu atılım, daha hızlı, daha fazla enerji tasarruflu bellek cihazları veya elektronik bileşenlerin yolunu açabilir. Bulgular dergide yayınlandı Doğa İletişimi.
Ferroelektrik malzemeler, pozitif ve negatif yüklerin birbirinden biraz yer değiştirdiği kristallerdir ve spontan polarizasyon olarak bilinen bir iç elektrik alanı üretir. Bu polarizasyon, harici bir elektrik alanı uygulanarak tersine çevrilebilir, bu da bu malzemeleri nano ölçekli anahtarlar olarak kullanılmak üzere ideal hale getirir.
Bu çalışmada, araştırmacılar şimdi polarizasyonun genellikle yakından bağlantılı olduğu kafes bozulmasından bağımsız olarak değiştirilebileceğini göstermiştir. Şimdiye kadar, bu ayrışma sadece teorize edilmişti – hiç deneysel olarak gözlemlenmemişti. İşlem, malzemedeki elektronları uyaran ultra kısa, yüksek enerjili lazer darbeleri ile etkinleştirildi. Bu, ekibin kutuplaşmayı saniyenin trilyonsundan az bir sürede son derece hızlı değiştirmesine izin verdi.
SCS enstrümanında, araştırmacılar, optik lazerlerle birlikte Avrupa XFEL’in olağanüstü parlak ve yoğun x-ışını flaşlarını kullanarak prototip bir ferroelektrik oksit olan baryum titanat (Batio₃) inceledi. Ölçüm teknikleri ile, aynı koşullar altında malzemenin polarizasyonu, kafes yapısı ve elektronik durumundaki değişiklikleri izleyebildiler-sadece 90 femtosaniye veya saniyenin milyonda biri zamansal bir çözünürlük.
Lazer tarafından uyarıldıktan sonra sadece 350 femtosaniyenin, polarizasyonun önemli ölçüde değiştiğini gözlemlediler – kristal kafesin önemli ölçüde değişmesi için zamanları olmadı. Le Phuong Hoang, “Ölçümlerimiz, polarizasyonun öncelikle yapısal bozulmalardan ziyade foto -taksitli elektronlarla kontrol edildiğini gösteriyor.”
Giuseppe Mercurio, “Bu ayrıştırma, gelecekteki elektronik bileşenleri tasarlamak için yeni olasılıklar açıyor.”
“Şimdiye kadar, spesifik polarizasyon durumlarına ulaşmak elektrik alanları ve karmaşık devre uygulanmasını gerektirmiştir. Gelecekte, ışık darbeleri yeterli olabilir. Manyetik özellikleri benzer bir şekilde manipüle etmek de mümkün olabilir-örneğin, hem elektriksel hem de manyetik olarak kontrol edilebilen sözde multiferroiklerde,” Mercurio öngörüyor.
Çalışma, materyalleri kontrol etmek için temelde yeni bir yaklaşım göstermektedir – sadece daha hızlı değil, aynı zamanda örnek tasarımı ile malzeme özelliklerinin tipik yaklaşımına alternatif mekanizmalar yoluyla. Araştırmacılar, bu, algılama teknolojileri, veri işleme ve enerji tasarruflu bilgi depolama alanında potansiyel olarak geniş kapsamlı uygulamalarla, ışık kontrollü elektroniklere doğru önemli bir adım atıyorlar.
