מחקר פורץ דרך של צוות מחקר שיתופי גילה שיטה להשראת ובקרה של קיטוב וקוטביות במתכות, תוך התגברות על אתגרים מסורתיים הקשורים לתנועת האלקטרונים החופשיים של המתכת ולמבנה הסימטרי. על ידי שימוש בשדות פלקסואלקטריים על סטרונציום רותנאט, הצוות השיג פריצת דרך טרנספורמטיבית במדעי החומר, והבטיח לשפר את היעילות ואת אורך החיים של מכשירים אלקטרוניים. קרדיט: twoday.co.il.com
בתחום מדעי החומרים, המושגים של קיטוב וקוטביות מקושרים בדרך כלל למבודדים. תארו לעצמכם, אם היינו יכולים להכניס את התכונות הללו למתכות. זה יכול להפחית את הפסדי החשמל הקשורים מוליכים למחצה ולשפר את אורך החיים של סוללות בשימוש במכשירים אלקטרוניים. עד כה, למרות מחקר אקדמי אינטנסיבי שמטרתו לגרום לקיטוב וקוטביות במתכות, הטכנולוגיות הנוכחיות עמדו בפני אתגרים משמעותיים.
פריצת דרך אחרונה על ידי המאמצים המשותפים של פרופסור Daesu Lee מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת פוהאנג למדע וטכנולוגיה (POSTECH), פרופסור Tae Won Noh וד"ר ווי פנג מהמחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטה הלאומית של סיאול (SNU), ופרופסור סה יאנג פארק מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת סונגסיל (SSU), הובילו לגילוי שיטה להשראת ובקרה של מצבי קיטוב וקוטביות בתוך מתכות.
מחקר פורץ דרך זה פורסם לאחרונה בכתב העת פיזיקת הטבע.
אתגרים בהשראת קיטוב
אלקטרונים חופשיים בתוך מתכות, שניתן לשמם, מציגים תנועה בלתי מוגבלת, מה שמקשה ליישר אותם לכיוונים ספציפיים כדי לגרום למצבי קיטוב או קוטביות. בנוסף, המבנה הסימטרי של גבישי מתכת בשני הקצוות הציב אתגרים היסטוריים בהשראת ההשפעות החשמליות הללו.
עם זאת, צוות המחקר השתמש בשדות פלקסואלקטריים כדי ליישם מצבי קיטוב וקוטביות בתוך מתכות. סוג זה של שדה מתעורר כאשר פני השטח של אובייקט עוברים דפורמציה לא אחידה, המאפשרת מניפולציה של תנועת המטען ומאפיינים חשמליים על ידי שינוי עדין של מבנה הסריג של מתכות.
(למעלה) ייצוג סכמטי של השגת מצבי מתכת מקוטבים באמצעות שדה פלקסואלקטרי
(למטה) הדמיה בקנה מידה אטומי של המתכת המקוטבת SrRuO3 קרדיט: POSTECH
הצוות הפעיל לחץ חיצוני על הסטרונציום רוטנאט בשימוש נרחב (SrRuO3) בתחום של רכיבים אלקטרוניים ומוליכים למחצה, יצירת שדה פלקסואלקטרי. תחמוצת מתכת זו, המאופיינת בהטרופיטקסיה, שבה גבישים של תחמוצת סטרונציום ורותניום בעלי צורות שונות גדלים באותו כיוון, בעלת מבנה צנטרוסימטרי.
השדה הפלקסואלקטרי שינה את האינטראקציות האלקטרוניות ואת מבנה הסריג בתוך סטרונציום רוטנאט, מה שהוביל להשראת קיטוב מוצלחת בתוך המתכת, מה שגרם לשינוי בתכונות החשמליות והמכניות שלה ולשבירת המבנה הסימטרי המרכזי שהיה קודם לכן. על ידי שימוש בקיטוב פלקסואלקטרי ובקרה של מתכת פרומגנטית, צוות המחקר פתר בהצלחה את התעלומה סביב יישום הקיטוב והקוטביות בתוך חומרים מתכתיים.
אפקט ויישומים עתידיים
החוקר הראשי של המחקר, פרופסור Daesu Lee מ-POSTECH, הדגיש, "אנחנו החוקרים הראשונים שמאמתים את היישום האוניברסלי של מצבי קוטביות בתוך חומרים מתכתיים. אני מקווה שהממצאים ממחקר זה יוכיחו כי הם מועילים ביצירת מכשירים יעילים ביותר בתחומי המוליכים למחצה והחשמל."
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית חוקרים באמצע הקריירה של קרן המחקר הלאומית של קוריאה ועל ידי תוכנית מרכז המחקר של המכון למדע בסיסי בקוריאה.
