Gündem

Ferroelektrik malzemeler, maddenin yeniden düşünülmesini sağlar

0

Bir çizim, ikinci prensip hesaplamalarından elde edilen bir polar skyrmion'daki dipollerin 3 boyutlu bir temsilidir.

Bir polar skyrmion’daki dipollerin 3B temsili.Kredi bilgileri: R. Ramesh, Üniv. Kaliforniya, Berkeley/Xiaoxing Cheng, PSU/J. Junquera, Üniv. Cantabria, İspanya

Ferroelektrik malzemeler, bir elektrik alanı uygulanarak tersine çevrilebilen bir elektrik polaritesine sahiptir. Bu bile araştırmacıların dikkatini çekmek için yeterlidir. Ancak ferroelektrik bileşikler diğer malzemelerle katmanlandığında, atomların ve alanların etkileşime girebileceği ve garip yapıların oluşabileceği bir arayüz oluşturur.

Bu ‘topolojik yapılar’, manyetik veya elektrik alanlarının kararlı, parçacık benzeri oluşumlarıdır. Girdaplar, meronlar ve skyrmion adı verilen girdap benzeri yapıları içerirler ve araştırmacıları maddenin doğasını ve potansiyelini yeniden düşünmeye teşvik ederler.

Berkeley’deki California Üniversitesi’nde malzeme bilimcisi ve mühendisi olan Ramamoorthy Ramesh, “İki farklı malzeme alarak daha önce var olmayan bir fenomen yaratabilirsiniz” diyor.

Topolojik yapılar, normal koşullar altında son derece kararlıdır ve bu, teknolojik yenilikler için kullanılabilecek bir sağlamlıktır. Pekin’deki Metal Araştırmaları Enstitüsü’nde malzeme bilimcisi olan Xiuliang Ma, “Bu tür yapılar heyecan verici çünkü bilgi işlem ve elektronik dünyasında devrim yaratabilirler” diyor.

Araştırmacılar topolojik özelliklere ne kadar yakından bakarlarsa o kadar fazlasını bulurlar. 2019’da Ramesh bir makalenin ortak yazarlığını yaptı1 Oda sıcaklığında kurşun titanat ve stronsiyum titanat katmanları arasındaki sınırda atom karışımı içinde oluşan elektrik skyrmionlarının keşfini duyuruyor.

Yumuşak X-ışını kırınım deneyleri, skyrmionların, ya sağa ya da sola işaret eden, orijinal malzemelerde olmayan beklenmedik bir kalite olan, yapılara kiralite ya da ‘el kullanımı’ veren, elektrik dipol kuşaklarına (ayrı pozitif ve negatif yükler) sahip olduğunu gösterdi.

Ramesh, kiralitenin bir elektrik alanı uygulamasıyla tersine çevrilebileceğini gösteren bir makale sunduğunu söyledi. Onaylanırsa, kiralitenin yalnızca elektrikle tersine çevrilmesinin ilk örneği olacaktır. Elektrik akımlarını açıp kapatmanın birler ve sıfırlar oluşturabilmesi gibi, skyrmion’ları ‘sağdan’ ‘sol’a çevirebilmek de veri depolama için faydalı olabilir.

Ferroelektrik malzemeleri ve topolojik yapıları elektrik alanlarıyla güvenilir bir şekilde manipüle etme kapasitesi, elektronikte yeni, çok daha verimli bir geleceğin vizyonlarına ilham vermeye yardımcı oldu.

Ramesh’in açıkladığı gibi, elektrik alanları, geleneksel bilgisayar mikroişlemcilerinde kullanılan manyetik alanlardan çok daha az enerji gerektirir. “Attojoule ile çalışan yeni nesil elektroniklere geçmek istiyorsanız [10−18 joules]Bugünden altı kat daha düşük olan , yeni fiziksel fenomenlere bakmamız gerekiyor ”diyor.

Ramammorthy Ramesh (ortada) ve ekibi, bir ferroelektrik malzemenin x ışını kırınım modeline bakıyor

Ramamoorthy Ramesh (ortada, arkada) ve ekibi, geliştirdikleri bir ferroelektrik malzemeyi ele alıyor.Kredi: Marilyn Chung/Üniversite Vekilleri. Kaliforniya, LBNL

2019 makalesi2 ABD teknoloji firması Intel’den bir ekip de dahil olmak üzere Ramesh ve meslektaşları tarafından, ferroelektrik malzeme bizmut ferritindeki topolojik özelliklere dayanan bir manyeto-elektrik spin-yörünge cihazı adı verilen potansiyel yeni bir mikroişlemci tanımladı.

Ramesh, böyle bir cihazın enerji açısından son derece verimli olmasının yanı sıra, standart bir mikroişlemci ile aynı alanda potansiyel olarak beş kat daha fazla mantık işlemi gerçekleştirebileceğini söylüyor. Topolojik yapıların benzersiz doğası, bellek ve mantık işlevlerini bir bilgisayarda tek bir konuma entegre etmeyi mümkün kılabilir. Geleneksel bilgisayarlar, bu işlevleri fiziksel olarak ayrı yerlerde gerçekleştirerek, onları iletişim halinde tutmak için enerji talep eder.

Ma’nın laboratuvarı, yeni ferroelektrik malzemeleri ve bunların sınırlarında ortaya çıkabilecek şeyleri araştırmak için elektron mikroskobu kullanıyor. 2020 tarihli bir makalede açıklandığı gibi3, Ma ve meslektaşları, ultra ince kurşun titanat katmanlarının sınırında meron kafeslerini (esas olarak ikiye bölünmüş skyrmionları) tespit etmek ve haritalamak için elektron mikroskobu kullandılar. Ma, bu tür yapıların ferroelektrik malzemelerde ilk kez bulunduğunu söylüyor.

Ma, yakında çıkacak bir yayının başka bir ilgi çekici topolojik bulguyu detaylandıracağını söylüyor: bir dalga şeklinde baştan kuyruğa bağlı sabit bir dizi dipol. “Dipol dalgasının bilgi taşıma, iletme ve taşımada potansiyel uygulamalar göstermesi bekleniyor” diyor.

Diğer keşifler ve yeni olasılıklar sizi bekliyor. Ma, “Henüz tanımlanmamış bazı topolojik özellikler olduğuna inanıyorum” diyor. “Her zaman yapı ve özellikler arasındaki ilişkiden bahsediyoruz. Farklı topolojik özellikler farklı şekillerde davranabilir.

Profesör

Yüksek entropili alaşımlar menzillerini genişletiyor

Previous article

Malzeme dünyasında yüksek performanslı yerler

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem