Полярный металл , металлический сегнетоэлектрика , [1] или сегнетоэлектрика металла [2] представляет собой металл , который содержит электрический дипольный момент . Его компоненты имеют упорядоченный электрический диполь. Такие металлы должны быть неожиданными, потому что заряд должен проходить через свободные электроны в металле и нейтрализовать поляризованный заряд. Однако они существуют. [3] Вероятно , первый доклад полярного металла был в монокристаллах купратных сверхпроводников YBa 2 Cu 3 O 7-delta ,. [4] [5]Поляризация наблюдалась вдоль одной оси (001) с помощью измерений пироэлектрического эффекта, и было показано, что знак поляризации обратимый, а ее величина может быть увеличена с помощью поляризации электрическим полем. [6] Обнаружено исчезновение поляризации в сверхпроводящем состоянии. [7] Ответственные искажения решетки считались результатом смещения ионов кислорода, вызванного легированными зарядами, нарушающими инверсионную симметрию. [8] [9] Эффект был использован для изготовления пироэлектрических детекторов для космических приложений, имеющих преимущество большого пироэлектрического коэффициента и низкого внутреннего сопротивления. [10] Другим семейством веществ, которые могут производить полярный металл, является никелат. перовскиты . Одним из примеров, показывающих полярные металлические свойства, является никелат лантана , LaNiO 3 . [11] [12] Тонкая пленка LaNiO 3, выращенная на поверхности кристалла (111) алюмината лантана (LaAlO 3 ), была интерпретирована как проводник и полярный материал при комнатной температуре. [11] Удельное сопротивление этой системы, однако, показывает рост при понижении температуры, следовательно, не строго соответствует определению металла. Кроме того, при выращивании 3 или 4 элементарных ячеек толщиной (1-2 нм) на кристаллической грани (100) LaAlO 3 , LaNiO 3 может быть полярным диэлектриком или полярным металлом в зависимости от атомной границы поверхности. [12] Осмат лития , [13] LiOsO 3 также претерпевает сегнетоэлектрический переход при охлаждении ниже 140 К. Точечная группа изменяется от R 3 с до R3c теряет свою centrosymmetry. [14] [15] При комнатной температуре и ниже осмат лития является электрическим проводником в монокристаллической, поликристаллической или порошковой форме, а сегнетоэлектрическая форма появляется только при температуре ниже 140 К. При температуре выше 140К материал ведет себя как обычный металл. [16] Искусственный двумерный полярный металл путем переноса заряда на сегнетоэлектрический изолятор был реализован в гетероструктурах сложных оксидов LaAlO 3 / Ba 0,8 Sr 0,2 TiO 3 / SrTiO 3 . [17]
Собственная металличность и сегнетоэлектричество наблюдались при комнатной температуре в массивном монокристаллическом дителлуриде вольфрама (WTe 2 ); переходный металл дихалькогенид (TMDC). Он имеет бистабильные и электрически переключаемые состояния спонтанной поляризации, указывающие на сегнетоэлектричество. [18] Сосуществование металлического поведения и переключаемой электрической поляризации в WTe 2 , который является слоистым материалом , наблюдалось в пределе малой толщины двух- и трехслойного материала . [19] Расчеты показывают, что это происходит из-за вертикального переноса заряда между слоями, который переключается межслоевым скольжением. [20]
П.У. Андерсон и Э.И. Блаунт предсказали, что сегнетоэлектрический металл может существовать в 1965 году. [14] Они были вдохновлены сделать это предсказание, основываясь на сверхпроводящих переходах и сегнетоэлектрическом переходе в титанате бария . Было предсказано, что атомы не перемещаются далеко и происходит лишь небольшая несимметричная деформация кристалла, скажем, из кубической в тетрагональную. Этот переход они назвали мартенситным. Они предложили посмотреть на натриево-вольфрамовую бронзу и сплав InTl . Они поняли, что свободные электроны в металле нейтрализуют эффект поляризации на глобальном уровне, но что электроны проводимости не сильно влияют на поперечные оптические фононы или локальное электрическое поле, присущее сегнетоэлектричеству . [21]
Рекомендации
- Перейти ↑ Drexel University (2 апреля 2014 г.). «Исследователи открывают путь к поиску редких поляризованных металлов» . Phys.org . Проверено 23 апреля 2016 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Бенедек, Николь А .; Бирол, Туран (2016). « Пересмотр « сегнетоэлектрических »металлов: фундаментальные механизмы и конструктивные соображения для новых материалов». Журнал Materials Chemistry C . 4 (18): 4000–4015. arXiv : 1511.06187 . DOI : 10.1039 / C5TC03856A .
- ^ Чжоу, WX; Ариандо, А. (01.06.2020). «Обзор сегнетоэлектриков / полярных металлов» . Японский журнал прикладной физики . 59 (SI): SI0802. arXiv : 2007.11200 . DOI : 10.35848 / 1347-4065 / ab8bbf . ISSN 0021-4922 .
- ^ Михайлович, Драган; Хигер, Алан Дж. (1990). «Пироэлектрические и пьезоэлектрические эффекты в монокристаллах YBa 2 Cu 3 O 7-d ». Твердотельные коммуникации . 75 : 319. DOI : 10.1016 / 0038-1098 (90) 90904-P .| https://doi.org/10.1016/0038-1098(90)90904-P
- ^ Поберай, Игорь; Михайлович, Драган (1992). «Измерения пироэлектрического эффекта в материалах YBa 2 Cu 3 O 6 + y и La 2 CuO 4 ». Сегнетоэлектрики . 128 : 197. DOI : 10,1080 / 00150199208015091 .| https://doi.org/10.1016/0921-4534(91)91614-A
- ^ Михайлович, Драган; Поберай, Игорь (1991). «Сегнетоэлектричество в монокристаллах YBa 2 Cu 3 O 7 − δ и La 2 CuO 4 + δ ». Physica C: сверхпроводимость . 185-189: 781. DOI : 10.1016 / 0921-4534 (91) 91614-А .
- ^ Михайлович, Драган; Поберай, Игорь; Мертель, Аленка (1993). «Характеристика пироэлектрического эффекта в YBa 2 Cu 3 O 7-d ». Physical Review B . 48 (22): 16634–16640. DOI : 10.1103 / PhysRevB.48.16634 . PMID 10008248 .| https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.16634
- ^ Михайлович, Драган; Хигер, Алан Дж. (1990). «Пироэлектрические и пьезоэлектрические эффекты в монокристаллах YBa 2 Cu 3 O 7-d ». Твердотельные коммуникации . 75 : 319. DOI : 10.1016 / 0038-1098 (90) 90904-P .
- ^ Вискадуракис, З. (2015). «Сегнетоэлектричество в недодопированных купратах на основе La» . Sci. Rep . 5 : 15268. дои : 10.1038 / srep15268 . PMC 4614081 . PMID 26486276 .
- ^ Батлер, Д .; Челик-Батлер, З .; Jahanzeb, A .; Gray, J .; Трэверс, К. (1998). «Микрообработанные конденсаторные конструкции из YBaCuO в качестве неохлаждаемых пироэлектрических инфракрасных детекторов». J. Appl. Phys . 84 (3): 1680. Bibcode : 1998JAP .... 84.1680B . DOI : 10.1063 / 1.368257 .
- ^ а б Ким, TH; Puggioni, D .; Yuan, Y .; Xie, L .; Чжоу, H .; Campbell, N .; Райан, П.Дж.; Choi, Y .; Kim, J.-W .; Патцнер, младший; и другие. (20 апреля 2016 г.). «Полярные металлы по геометрическому замыслу». Природа . 533 (7601): 68–72. Bibcode : 2016Natur.533 ... 68K . DOI : 10.1038 / nature17628 . PMID 27096369 .
- ^ а б Кумах, Д.П .; Малашевич, А .; Disa, AS; Арена, ДА; Уокер, Ф.Дж.; Исмаил-Бейги, С .; Ан, Швейцария (6 ноября 2015 г.). «Влияние поверхностного обрыва на электронные свойства пленок LaNiO 3 » . Применена физическая проверка . 2 (5): 054004. Bibcode : 2014PhRvP ... 2e4004K . DOI : 10.1103 / PhysRevApplied.2.054004 .
- ^ "Когда сегнетоэлектрик не является сегнетоэлектриком?" . www.isis.stfc.ac.uk . 2013 . Проверено 21 апреля 2016 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ а б Ши, Юго; Го, Яньфэн; Ван, Ся; Princep, Эндрю Дж .; Халявин, Дмитрий; Мануэль, Паскаль; Мичиуэ, Юичи; Сато, Акира; Цуда, Кендзи; Ю, Шань; и другие. (2013). «Сегнетоэлектрический структурный переход в металле». Материалы природы . 12 (11): 1024–1027. arXiv : 1509.01849 . Bibcode : 2013NatMa..12.1024S . DOI : 10.1038 / nmat3754 . PMID 24056805 .
- ^ Паредес Аулестия, Эстебан I .; Cheung, Yiu Wing; Фанг, Юэ-Вэнь; Он, Цзяньфэн; Ямаура, Казунари; Лай, Квинг То; Goh, Swee K .; Чен, Ханхуи (2018-07-02). «Вызванное давлением повышение температуры неполярного перехода в полярное в металлическом LiOsO3». Письма по прикладной физике . 113 (1): 012902. arXiv : 1806.00639 . Bibcode : 2018ApPhL.113a2902P . DOI : 10.1063 / 1.5035133 . ISSN 0003-6951 .
- ^ Ши, Юго; Го, Яньфэн; Ван, Ся; Princep, Эндрю Дж .; Халявин, Дмитрий; Мануэль, Паскаль; Мичиуэ, Юичи; Сато, Акира; Цуда, Кендзи; Ю, Шань; и другие. (22 сентября 2013 г.). «Сегнетоэлектрический структурный переход в металле» (PDF) . Материалы природы . 12 (11). Дополнительная информация. arXiv : 1509.01849 . Bibcode : 2013NatMa..12.1024S . DOI : 10.1038 / nmat3754 . PMID 24056805 .
- ^ Чжоу, WX; Wu, HJ; Чжоу, Дж .; Zeng, SW; Ли, CJ; Ли, MS; Guo, R .; Сяо, JX; Хуанг, З .; Ур, WM; Ариандо, А. (декабрь 2019 г.). «Искусственный двумерный полярный металл путем переноса заряда на сегнетоэлектрический изолятор» . Физика связи . 2 (1): 125. DOI : 10.1038 / s42005-019-0227-4 . ISSN 2399-3650 .
- ^ Шарма, Панкадж; Сян, Фэй-Сян; Шао, Дин-Фу; Чжан, Давэй; Цымбал Евгений Юрьевич .; Гамильтон, Алекс Р .; Зайдель, янв (2019). «Сегнетоэлектрический полуметалл, работающий при комнатной температуре» . Наука продвигается . 5 (7): eaax5080. Bibcode : 2019SciA .... 5.5080S . DOI : 10.1126 / sciadv.aax5080 . PMC 6611688 . PMID 31281902 .
- ^ Фэй, Зайяо; Чжао, Вэньцзинь; Palomaki, Tauno A .; Солнце, Бозонг; Миллер, Мойра К .; Чжао, Чжийин; Ян, Цзяцян; Сюй, Сяодун; Кобден, Дэвид Х. (август 2018 г.). «Сегнетоэлектрическое переключение двумерного металла». Природа . 560 (7718): 336–339. arXiv : 1809.04575 . DOI : 10.1038 / s41586-018-0336-3 . ISSN 1476-4687 . PMID 30038286 .
- ^ Ян, Цин; Ву, Мэнгао; Ли, Цзюй (2018-12-20). «Происхождение двумерного вертикального сегнетоэлектричества в двухслойном и многослойном WTe2». Журнал писем по физической химии . 9 (24): 7160–7164. DOI : 10.1021 / acs.jpclett.8b03654 . PMID 30540485 .
- ^ Андерсон, П. В.; Блаунт, EI (15 февраля 1965 г.). «Соображения симметрии мартенситных превращений:« сегнетоэлектрические »металлы?». Письма с физическим обзором . 14 (7): 217–219. Bibcode : 1965PhRvL..14..217A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.14.217 .