Megerősítették a ferroelektromosságot okozó részecskék létezését 80 évvel azután, hogy megjósolták őket

1921-ben a tudósok bizonyos anyagok különös tulajdonságát észlelték, amit ferroelektromosságnak neveztek el. Tizenöt évvel később magyará...

Akár 170 év börtönre is ítélhetik Julian Assange-t az amerikai kémkedésről szóló törvény alapján megfogalmazott újabb 17 vádpont szerint

Svédország Julian Assange kiadatását kérte Angliától, hogy nemi erőszak miatt bíróság elé állíthassák

Julian Assange-t letartóztatták, miután Ecuador megvonta tőle a menedékjogot

1921-ben a tudósok bizonyos anyagok különös tulajdonságát észlelték, amit ferroelektromosságnak neveztek el. Tizenöt évvel később magyarázatot adtak rá, amelyben egy hiszteron nevű hipotetikus részecske létezését javasolták. 80 évnek kellett elteltnie, hogy ezen részecskék létét megerősítsék, és megmagyarázzák a viselkedésüket.

A ferroelektromos anyagok elektromosan polarizált régiókat tartalmaznak. A polarizáció iránya külső elektromos mező segítségével megváltoztatható, és a mező eltávolítása után is fennmarad. Következésképpen a mezőbe helyezett ferromágneses anyagok az alkotó régióik polarizációjának irányával összhangban lesznek. A folyamat hasonlít a vas magnetizálására mágneses térben, ami a ferroelektromos kifejezésre utal, még akkor is, ha a legtöbb ilyen viselkedést mutató anyag nem vas (azaz nem tartalmaz vasat).

A ferroelektromos anyagokat használják adattárolásra és tudományos felszerelésekben, de annak megértése, hogy mi okozza a ferroelektromos jelenséget, eddig elmaradt. Most Svédország Linköping Egyetemének professzora Martijn Kemerink megmutatta, hogy két anyag miért ferroelektromos.

A Nature Communications folyóiratban Kemerink professzor arról a felfedezésről számol be, hogy a P(VDF-TrFE) és a trialkil-benzol-1,3,5-trikarbonsav ferroelektromos halmazállapotú többrétegű réteges anyagokat tartalmaz nanométeres szélességben és többszörös magasságban. (1)

Franz Preisach német fizikus 1935-ben elméleti modellt állított fel a ferromagnetizmusra, majd rájött, hogy ez alkalmazható a ferroelektromosság esetében is. Preisach ezt azzal indokolta, hogy ezek az anyagok olyan egységekből állnak, amelyeket "hiszteronoknak" nevezett el, amelyek ellentétes töltésű pólusokkal rendelkeznek. Anélkül, hogy kitennék őket egy mezőnek, a hiszteronok véletlenszerűen rendeződnek össze, és hatásuk megszűnhet.

Ha azonban egy ferromágneses anyag egy csomóját egy elektromos mezőbe helyezzük, akkor a hiszteronok elkezdenek a mezőhöz igazodni. Minél erősebb a mező, annál jobban igazodnak a hiszteronok. A mező eltávolítása után ez az igazodás megmarad.

Habár Preisach elmélete megmagyarázta a megfigyeléseket, egészen mostanáig senki sem tudta, hogy valójában milyenek a  hiszteronok, vagy miért alakulnak ki bizonyos anyagokban.

A megfigyelt ferroelektromos hatások a hiszteronok vagy olyan részecskék miatt jönnek létre, amelyek kissé eltérő magasságúak és szélességűek és hengeres formát vesznek fel, majd kölcsönhatásba lépnek egymással.

"Bizonyítani tudjuk, hogy ezek a formák valójában a keresett hiszteronok," - mondta Kemerink. "A trükk az, hogy különböző méretűek és erős kölcsönhatásban állnak egymással, mivel szorosan kapcsolódnak egymáshoz." Ez a nanostruktúra szabályozza a ferroelektromos anyagok viselkedését. (2)

Miután a kompozit hiszteronok méreteit azonosították, Kemerink és szerző társai egy ferromágneses anyag reakciógörbével meg tudják jósolni a keletkező elektromos mezőt.

A két vizsgált anyag a ferroelektromos anyagok nagyon különböző osztályait képviselik, így a szerzők szerint a magyarázatuk valószínűleg általánosságban is alkalmazható.

A munkájuk számos területen alkalmazható, de leginkább a rugalmasabb és hatékonyabb memóriaeszközök építésénél lehet fontos szerepe.

(1) - https://www.nature.com/articles/s41467-018-06717-w
(2) - https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-10/lu-f