Сегнетоэлектрический металл

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Cегнетоэлектрический металл или металлический сегнетоэлектрик[1][2] — это металл, который обладает электрическим дипольным моментом. Его малый объём обладает поляризацией. Существование таких металлов контринтуитивно, потому что свободный электрический заряд в металле может свободно перетекать и должен нейтрализовать поляризацию, однако существование таких материалов экспериментально установленный факт. Впервые сегнетоэлектрический эффект в металле наблюдался в монокристаллах купратных сверхпроводников YBa2Cu3O7-δ,.[3][4] Поляризация наблюдалась вдоль одной оси (001) с помощью измерений пироэлектрического эффекта, и было показано, что знак поляризации обратим, а его величина контролируется с помощью электрического поля.[5] При этом поляризация исчезала в сверхпроводящем состоянии.[6] Соответствующие искажения решетки считались результатом смещения ионов кислорода, вызванного легированными зарядами, нарушающими симметрию центра инверсии.[7][8] Этот эффект используют для изготовления пироэлектрических детекторов для космических приложений, из-за большого пироэлектрического коэффициента и низкого внутреннего сопротивления.[9] Другим семейством веществ, которое можно отнести к металлическим сегнетоэлектрикам, — никелатные перовскиты. Например, сегнетоэлектрические свойства, демонстрирует металлический никелат лантана, LaNiO 3 .[10][11] В тонкой пленке LaNiO 3, выращенной на поверхности кристалла (111) алюмината лантана (LaAlO3), наблюдались сегнетоэлектрический эффект и проводимость при комнатной температуре. Однако удельное сопротивление этой системы возрастает с понижением температуры, следовательно, он не полностью соответствует определению металла. Также при росте толщины плёнки до 3 или 4 элементарных ячеек (1-2 нм) на кристаллической грани (100) LaAlO 3, LaNiO 3 проявляет сегнетоэлектрикие свойства как проводник или изолятор в зависимости от в зависимости от полярности поверхности. Осмат лития[12] LiOsO 3 также демонстрирует сегнетоэлектрический переход при охлаждении ниже 140 К. Точечная группа симметрии кристалла меняется с R3c на R3c, теряя центральную симметрию.[13][14] При комнатной температуре и ниже осмат лития — электрический проводник в монокристаллической, поликристаллической или порошковой форме, а сегнетоэлектрическая форма появляется только при температуре ниже 140 К. При температуре выше 140 К материал ведет себя как обычный металл.[15]

Собственная металличность и сегнетоэлектричество наблюдались при комнатной температуре в массивном монокристаллическом дителлуриде вольфрама (WTe2); дихалькогенид переходного металла (TMDC). Он обладает бистабильностью с возможностью электрически переключаться между состояниями с различной спонтанной поляризацией, что указывает на наличие сегнетоэлектричесткого эффекта.[16] Сосуществование металлической проводимости и переключаемой электрической поляризации в WTe 2, в этом слоистом материале, наблюдалось в пределе малой толщины двух- и трехслойной плёнке.[17] Расчеты показывают, что это происходит из-за вертикального переноса заряда между слоями, которые переключается посредством межслоевого скольжения.[18]

П. У. Андерсон и Э. И. Блаунт предсказали существование сегнетоэлектрического металла в 1965 году[13] Они основывались на экпериментальных результатах сверхпроводящего и сегнетоэлектрического переходов в титанате бария. В этом материале атомы не перемещаются далеко от своих мест в жлементарной ячейке, и происходит лишь небольшая несимметричная деформация кристалла, из кубической в тетрагональную. Такой переход назвали мартенситным. Они также предложили исследовать натриево-вольфрамовую бронзу и сплав InTl, поскольку поняли, что свободные электроны в металле нейтрализуют эффект поляризации на глобальном уровне, но локально электроны проводимости не сильно влияют на поперечные оптические фононы или локальное электрическое поле, присущее сегнетоэлектричеству.[19]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Drexel University. Researchers open path to finding rare, polarized metals. phys.org (2 апреля 2014). Дата обращения: 23 апреля 2016. Архивировано 11 мая 2021 года.
  2. ↑ Benedek, Nicole A. (2016). "'Ferroelectric' metals reexamined: fundamental mechanisms and design considerations for new materials". Journal of Materials Chemistry C. 4 (18): 4000—4015. arXiv:1511.06187. doi:10.1039/C5TC03856A.
  3. ↑ Mihailovic, Dragan (1990). "Pyroelectric and piezoelectric effects in single crystals of YBa2Cu3O7-d". Solid State Communications. 75. doi:10.1016/0038-1098(90)90904-P.|https://doi.org/10.1016/0038-1098(90)90904-P
  4. ↑ Poberaj, Igor (1992). "Pyroelectric effect measurements in YBa2Cu3O6+y and La2CuO4 materials". Ferroelectrics. 128. doi:10.1080/00150199208015091.| https://doi.org/10.1016/0921-4534(91)91614-A
  5. ↑ Mihailovic, Dragan (1991). "Ferroelectricity in YBa2Cu3O7−δ and La2CuO4+δ single crystals". Physica C: Superconductivity. 185—189. doi:10.1016/0921-4534(91)91614-A.
  6. ↑ Mihailovic, Dragan (1993). "Characterization of the pyroelectric effect in YBa2Cu3O7-d". Physical Review B. 48 (22): 16634—16640. doi:10.1103/PhysRevB.48.16634. PMID 10008248.| https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.16634
  7. ↑ Mihailovic, Dragan (1990). "Pyroelectric and piezoelectric effects in single crystals of YBa2Cu3O7-d". Solid State Communications. 75. doi:10.1016/0038-1098(90)90904-P.
  8. ↑ Viskadourakis, Z. (2015). "Ferroelectricity in underdoped La-based cuprates". Sci. Rep. 5. doi:10.1038/srep15268. PMID 26486276.
  9. ↑ Butler, D. (1998). "Micromachined YBaCuO capacitor structures as uncooled pyroelectric infrared detectors". J. Appl. Phys. 84 (3). Bibcode:1998JAP....84.1680B. doi:10.1063/1.368257.
  10. ↑ Kim, T. H. (20 April 2016). "Polar metals by geometric design". Nature. 533 (7601): 68—72. Bibcode:2016Natur.533...68K. doi:10.1038/nature17628. PMID 27096369.
  11. ↑ Kumah, D.P. (6 November 2015). "Effect of Surface Termination on the Electronic Properties of LaNiO3 Films". Physical Review Applied. 2 (5). Bibcode:2014PhRvP...2e4004K. doi:10.1103/PhysRevApplied.2.054004.
  12. ↑ When is a ferroelectric not a ferroelectric? www.isis.stfc.ac.uk (2013). Дата обращения: 21 апреля 2016. Архивировано 17 июня 2016 года.
  13. ↑ 1 2 Shi, Youguo (2013). "A ferroelectric-like structural transition in a metal". Nature Materials. 12 (11): 1024—1027. arXiv:1509.01849. Bibcode:2013NatMa..12.1024S. doi:10.1038/nmat3754. PMID 24056805.
  14. ↑ Paredes Aulestia, Esteban I. (2018-07-02). "Pressure-induced enhancement of non-polar to polar transition temperature in metallic LiOsO3". Applied Physics Letters (англ.). 113 (1): 012902. arXiv:1806.00639. Bibcode:2018ApPhL.113a2902P. doi:10.1063/1.5035133. ISSN 0003-6951.
  15. ↑ Shi, Youguo (22 September 2013). "A ferroelectric-like structural transition in a metal" (PDF). Nature Materials. 12 (11). arXiv:1509.01849. Bibcode:2013NatMa..12.1024S. doi:10.1038/nmat3754. PMID 24056805.
  16. ↑ Sharma, Pankaj (2019). "A room-temperature ferroelectric semimetal". Science Advances. 5 (7): eaax5080. Bibcode:2019SciA....5.5080S. doi:10.1126/sciadv.aax5080. PMID 31281902.
  17. ↑ Fei, Zaiyao (August 2018). "Ferroelectric switching of a two-dimensional metal". Nature (англ.). 560 (7718): 336—339. arXiv:1809.04575. doi:10.1038/s41586-018-0336-3. ISSN 1476-4687. PMID 30038286.
  18. ↑ Yang, Qing (2018-12-20). "Origin of Two-Dimensional Vertical Ferroelectricity in WTe2 Bilayer and Multilayer". The Journal of Physical Chemistry Letters. 9 (24): 7160—7164. doi:10.1021/acs.jpclett.8b03654. PMID 30540485.
  19. ↑ Anderson, P. W. (15 February 1965). "Symmetry Considerations on Martensitic Transformations: "Ferroelectric" Metals?". Physical Review Letters. 14 (7): 217—219. Bibcode:1965PhRvL..14..217A. doi:10.1103/PhysRevLett.14.217.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Сегнетоэлектрический_металл&oldid=133022396