Ferroelektrizität kann erzeugt werden, indem zwei atomdicke Platten aus demselben kristallinen Material übereinander gestapelt werden. Als Reaktion auf ein elektrisches Feld spaltet sich ein ferroelektrischer Kristall in zwei stabile, einander entgegengesetzte Polarisationen auf. Ferroelektrika sind attraktiv für nichtflüchtige Speicher und andere Anwendungen wegen der Robustheit der Gehäuse und der Spannung, die anstelle eines lästigen Magnetfelds schaltet. Kristalline Monoschichten sind theoretisch hervorragende Ferroelektrika. Ihre geringe Dicke reduziert das von der Substanz in einem Gerät eingenommene Volumen und die erforderliche Schaltfeldstärke. Das Fehlen der dritten Dimension schränkt jedoch die Fähigkeit von Monoschichten ein, eine grundlegende Eigenschaft ferroelektrischer Materialien zu zeigen: eine strukturelle Asymmetrie entlang der Achse außerhalb der Ebene.
Lassen Sie uns nun einige Informationen über Kristallstrukturen geben.
Was ist kristallin?
Die geordnete Organisation eines kristallinen Materials, bestehend aus Atomen, Ionen oder Molekülen, wird in der Kristallographie als seine Kristallstruktur bezeichnet. Regelmäßige Strukturen entstehen auf natürliche Weise aus dem intrinsischen Charakter der konstituierenden Teilchen, um wiederkehrende symmetrische Muster entlang der Hauptrichtungen des dreidimensionalen Raums in der Materie zu erzeugen.
Die Einheitszelle der Struktur ist die kleinste Ansammlung von Teilchen in der Materie, die dieses sich wiederholende Muster bilden. Die Symmetrie und Struktur des Kristalls spiegeln sich vollständig in der Elementarzelle wider, die durch wiederholtes Drehen der Elementarzelle entlang ihrer Hauptachse entsteht. Die Knoten des Bravais-Gitters werden durch die Verschiebungsvektoren bestimmt.
Gitterkonstanten, auch bekannt als Gitterparameter oder Zellparameter, sind die Längen der Hauptachsen oder -seiten der Einheitszelle und die Winkel zwischen ihnen. Die Idee der Raumgruppen kann verwendet werden, um die Symmetrieeigenschaften des Kristalls zu erklären. Die 230 Raumgruppen können alle symmetrischen Konfigurationen von Teilchen in drei Dimensionen erklären.
Viele physikalische Eigenschaften wie Spaltung, elektronische Bandstruktur und optische Transparenz werden stark von der Kristallstruktur und -symmetrie beeinflusst.
Wenn wir zu unserem Artikel zurückkehren;
Ein neues Modell, das von Changsong Xu, Hongjun Xiang und ihren Partnern an der Fudan-Universität in China erstellt wurde, stellt sich vor, wie diese grundlegende Asymmetrie erzeugt werden kann, indem zwei Monoschichten mit Fehlausrichtungen zwischen ihren Kristallstrukturen gestapelt werden.
Seit den 1830er Jahren werden Symmetrien verwendet, um 3D-Kristallformationen zu kategorisieren. Mögliche Strukturen für 2D-Monoschichten füllen 80 mathematisch definierte Gruppen. Symmetrien werden erzeugt und zerstört, indem einzelne Schichten gestapelt und verschoben werden, um Doppelschichten zu bilden. Jüngste Forschungen haben vorgeschlagen, dass eine Doppelschicht mit ferroelektrischen Eigenschaften durch die Reduzierung der Symmetrie erzeugt werden kann, die durch Stapeln und Gleiten einer Monoschicht aus demselben Material über einer anderen erreicht wird.
Gemäß der Arbeit von Xu, Xiang und Kollegen können alle denkbaren Arten von Monolagen und Stapelungen (Turns und Shifts) im Rahmen einer Eingruppentheorie untersucht werden. Mit gruppentheoretischen Methoden können sie bestimmen, welche Strukturen und Stapel Ferroelektrizität erzeugen. Während die allgemeine Theorie des Teams die Entdeckung von viel mehr gestapelten Doppelschicht-Ferroelektrika vorhersagt, stimmen ihre Vorhersagen mit der geringen Anzahl von gestapelten Doppelschicht-Ferroelektrika überein, die bisher im Labor hergestellt wurden.
Quelle: physical.aps.org/articles/v16/s39
📩 05/04/2023 10:24