Учёные впервые вырастили полярные вихри на кремнии — без токсичного свинца
Команда из берлинского центра HZB впервые сообщила о полярных вихрях в сверхрешётках (BaTiO₃/SrTiO₃)₁₀ на кремнии. Это расширяет круг материалов и подложек, на которых возможны полярные топологические текстуры, и открывает новые пути для встраивания сложных сегнетоэлектрических состояний в кремниевые технологии. Эту информацию сообщает сайт Phys.org.
Ранее такие вихри наблюдали почти исключительно в свинецсодержащих сверхрешётках на оксидных подложках. Баланс электрических сил, механических напряжений от подложки и энергии переориентации поляризации создаёт характерные узоры электрических диполей. Структуры с полярными состояниями могли бы стать основой новых компонентов — они малы, стабильны и управляются внешними полями, но для этого нужно убрать токсичный свинец и перенести слои на кремний.
Группа под руководством физика HZB доктора Катрин Дюбурдье вырастила эпитаксиальные слои титанатов бария и стронция на кремнии, показав регулярные полосы полярных вихрей. Слои создали методом молекулярно-лучевой эпитаксии в лаборатории HZB, а структуру подтвердили на микроскопе группы профессора Кристофа Коха в Университете Гумбольдта и на источнике PETRA III в Гамбурге.
Вихри в каждом слое BaTiO₃ выстраиваются вдоль кристаллографического направления и образуют устойчивый полосатый узор. Кремниевая подложка даёт нужную механическую деформацию: при нагреве текстура исчезает, при охлаждении до комнатной температуры восстанавливается. Моделирование группы профессора Лонг-Куинга Чена из Университета штата Пенсильвания объясняет, как вихревые трубки выравниваются под действием деформации.
«Это первая реализация периодически упорядоченных вихрей в сверхрешётках BaTiO₃ на кремнии. Именно кремний даёт необходимую деформацию для возникновения такого узора», — говорит докторант Валентин Хевельке, первый автор исследования. Дюбурдье добавляет: результаты расширяют возможности интеграции сложных сегнетоэлектрических состояний в кремниевые технологии.
