Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, hiện tượng phân cực và phân cực thường gắn liền với chất cách điện. Tuy nhiên, hãy hình dung một kịch bản trong đó những đặc tính này có thể được tạo ra trong kim loại, có khả năng giảm thiểu tổn thất điện năng do chất bán dẫn và kéo dài tuổi thọ của pin tích hợp trong các thiết bị điện tử.
(Trên cùng) Trình bày sơ đồ để đạt được trạng thái kim loại phân cực thông qua trường điện uốn (Dưới cùng) Hình ảnh ở quy mô nguyên tử của kim loại phân cực SrRuO3. Tín dụng: POSTECH
Một bước đột phá gần đây đạt được nhờ nỗ lực hợp tác của các nhà nghiên cứu ở Hàn Quốc là phát hiện ra một phương pháp tạo ra và kiểm soát các trạng thái phân cực và phân cực trong kim loại. Nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Vật lý Tự nhiên vào ngày 17 tháng 1 năm 2024.
Các electron tự do trong kim loại thể hiện sự chuyển động không hạn chế, gây khó khăn cho việc sắp xếp chúng theo các hướng cụ thể nhằm tạo ra trạng thái phân cực hoặc phân cực. Ngoài ra, cấu trúc đối xứng ở cả hai đầu của tinh thể kim loại trước đây đã đặt ra những thách thức trong việc tạo ra các hiệu ứng điện này.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các trường uốn điện để thực hiện các trạng thái phân cực và phân cực trong kim loại. Loại trường này phát sinh khi bề mặt của vật thể trải qua biến dạng không đồng nhất, cho phép điều khiển chuyển động của điện tích và các đặc tính điện bằng cách thay đổi một cách tinh vi cấu trúc mạng tinh thể của kim loại.
Nhóm nghiên cứu đã tạo áp suất bên ngoài lên strontium ruthenate (SrRuO3) được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực linh kiện điện tử và chất bán dẫn, tạo ra trường uốn điện. Ôxít kim loại này, được đặc trưng bởi dị thể, trong đó các tinh thể oxit strontium và ruthenium với các hình dạng khác nhau phát triển theo cùng một hướng, có cấu trúc đối xứng tâm.
Trường điện uốn làm thay đổi các tương tác điện tử và cấu trúc mạng trong strontium ruthenate, dẫn đến cảm ứng phân cực thành công bên trong kim loại, gây ra sự biến đổi các tính chất cơ và điện của nó và phá vỡ cấu trúc đối xứng trung tâm trước đó. Bằng cách sử dụng sự phân cực điện linh hoạt và điều khiển kim loại sắt từ, nhóm nghiên cứu đã làm sáng tỏ thành công bí ẩn xung quanh việc thực hiện sự phân cực và phân cực bên trong các chất kim loại.
Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Daesu Lee từ Khoa Vật lý tại Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang (POSTECH), cho biết: “Chúng tôi là những nhà nghiên cứu đầu tiên xác minh việc thực hiện phổ biến các trạng thái phân cực trong các chất kim loại. Tôi hy vọng rằng những phát hiện này từ nghiên cứu này sẽ mang lại lợi ích trong việc chế tạo các thiết bị hiệu quả cao trong lĩnh vực điện và bán dẫn.”
