خلاصه خبر:
محققان آکادمی علوم چین به کشفی پیشگامانه دست یافته اند - آنها به طور مستقیم نقاط بلاخ قطبی را در فیلم های فروالکتریک کششی مشاهده کرده اند.نقاط بلاخ نقاط خاصی هستند که بردارهای میدان مغناطیسی تقریباً در همه جهات جهت گیری شده اند و مغناطیس کلاسیک و کوانتومی را به هم پیوند میدهند. در حالی که نقاط بلوخ مغناطیسی برای دهه‌ها نظریه‌پردازی شده‌اند، قبلاً هرگز مستقیماً مشاهده نشده‌اند و نقاط بلاخ قطبی در مواد فروالکتریک فقط در موارد معدودی پیش‌بینی شده‌اند. محققان با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری دریافتند که با افزایش ضخامت الکترودها، شبکه‌های مِرون قطبی مشاهده شده قبلی (الگوهای چرخشی قطبش الکتریکی) به نقاط بلاخ قطبی تبدیل می‌شوند. آنها سپس با استفاده از تکنیک‌های میکروسکوپی پیشرفته، این موضوع را تأیید کردند.
توضیحات تکمیلی:
در یک پیشرفت بزرگ در زمینه علم مواد و فیزیک کوانتومی، محققان آکادمی علوم چین مستقیماً پدیده‌ای را مشاهده کرده‌اند که مدت‌هاست نظریه‌پردازی شده اما قبلاً دیده نشده است که به عنوان نقاط بلاخ قطبی در فیلم‌های فروالکتریک کشیده شناخته می‌شود.
نقاط بلاخ نقاطی منفرد در مواد مغناطیسی هستند که بردارهای میدان تقریباً در همه جهات جهت‌گیری شده‌اند که نشان‌دهنده پیوند طبیعی بین مغناطیس کلاسیک و کوانتومی است. در حالی که نقاط بلاخ مغناطیسی از دهه 1960 پیش بینی شده است، آنها به طرز ناامیدکننده ای گریزان مانده اند و هرگز مستقیماً مشاهده نشده اند. در قلمرو فروالکتریک، نقاط بلاخ تا کنون تنها در چند مورد نادر پیش بینی شده است .
محققان با تکیه بر کار قبلی خود بر روی شبکه‌های مِرون قطبی، از شبیه‌سازی‌های میدان فاز برای مدل‌سازی یک فیلم فروالکتریک PbTiO3 بسیار نازک کششی استفاده کردند که بین الکترودهای متقارن قرار گرفته بود. آنها دریافتند که با افزایش ضخامت الکترود، مرون ها (meron) به نقاط بلاخ قطبی تبدیل می شوند که یک کشف قابل توجه است.
برای اعتبارسنجی شبیه‌سازی‌های خود، این تیم یک فیلم سه‌لایه SrRuO3/PbTiO3/SrRuO3 را روی یک بستر SmScO3 ساختند و از میکروسکوپ STEM تصحیح‌شده با انحراف استفاده کردند تا مستقیماً پیکربندی پلاریزاسیون این نقاط بلاخ قطبی گریزان را مشاهده کنند.
به طرز جالبی، شبیه‌سازی‌های میدان فاز آنها همچنین وجود ناحیه‌ای با ظرفیت منفی در اطراف هر نقطه بلاخ قطبی را پیش‌بینی می‌کرد - یک ویژگی نوظهور که می‌تواند پیامدهای قابل‌توجهی برای مدارهای مجتمع آینده و دستگاه‌های الکترونیکی کم مصرف داشته باشد.
محققان در مقاله خود که در Nature Communications منتشر شده است، می نویسند: "کشف نقاط بلاخ قطبی، مونتاژ ساختارهای حوزه فروالکتریک توپولوژیکی را گسترش می دهد و کاربردهای جدیدی را در مدارهای مجتمع آینده و دستگاه های الکترونیکی کم مصرف نشان می دهد."
این مشاهدات پیشگامانه از نقاط بلاخ قطبی نشان دهنده یک گام بزرگ به جلو در درک ما از فیزیک بنیادی حاکم بر مغناطیس کوانتومی و کلاسیک با کاربردهای بالقوه گسترده در الکترونیک و محاسبات پیشرفته است.
منبع
Yu-Jia Wang et al, Polar Bloch points in strained ferroelectric films, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48216-1
