การสังเกตโดยตรงครั้งแรกของการเสื่อมสภาพระดับนาโนของผลึกเฟอร์โรอิเล็กทริกเกิดขึ้นโดยนักวิจัยในออสเตรเลีย จีน และสหรัฐอเมริกา Qianwei Huangจากมหาวิทยาลัยซิดนีย์และคณะได้ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (TEM) เพื่อค้นหาว่าบริเวณที่ไม่ตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าสามารถสร้างขึ้นที่ผนังโดเมนของผลึกเฟอร์โรอิเล็กทริกได้อย่างไร
ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพลดลง การค้นพบนี้อาจนำไปสู่การออกแบบ
อุปกรณ์ระดับนาโนที่ทนทานต่อผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์จากการเสื่อมสภาพของเฟอร์โรอิเล็กทริก วัสดุที่เป็นเฟอร์โรอิเล็กทริกมีโพลาไรซ์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเอง ซึ่งสามารถย้อนกลับทิศทางได้โดยใช้สนามไฟฟ้า คุณสมบัติที่มีประโยชน์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ตัวเก็บประจุ เซ็นเซอร์ แอคทูเอเตอร์ และหน่วยความจำ ความท้าทายสำคัญประการหนึ่งที่นักออกแบบอุปกรณ์ต้องเผชิญคือ หลังจากใช้สนามไฟฟ้าหลายรอบ ลักษณะเฟอร์โรอิเล็กทริกของวัสดุจะลดลงอย่างต่อเนื่อง
กระบวนการนี้รู้จักกันในนามการเสื่อมสภาพของเฟอร์โรอิเล็กทริก สามารถลดความน่าเชื่อถือและลดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ไฟฟ้าหลายชนิดได้ ในปัจจุบัน เป็นที่เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าผลกระทบเกิดจากการสะสมของประจุส่วนเกิน เนื่องจากถูกฉีดเข้าไปในวัสดุที่เป็นเฟอร์โรอิเล็กทริกด้วยอิเล็กโทรดภายนอก อย่างไรก็ตาม จนถึงตอนนี้ กลไกระดับนาโนที่อยู่เบื้องหลังปรากฏการณ์ที่ไม่ต้องการนี้ยังคงเข้าใจได้ไม่ดีนัก
รูปแบบการเลี้ยวเบน
ตอนนี้ทีมของ Huang ใช้รูปแบบ TEM ขั้นสูงเพื่อให้ได้รูปแบบการเลี้ยวเบนที่แสดงโดยลำอิเล็กตรอนขณะที่ผ่านแผ่นคริสตัลเฟอร์โรอิเล็กทริกบางๆ วัสดุที่ใช้มีโดเมนสลับกันของทิศทางโพลาไรเซชันตั้งฉาก จัดเรียงในรูปแบบลายทาง เป็นครั้งแรก การตั้งค่านี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถสังเกตการณ์การเสื่อมสภาพของเฟอร์โรอิเล็กทริกแบบเรียลไทม์ในระดับนาโนแบบเรียลไทม์ ผ่านการสัมผัสกับสนามไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ซึ่งพวกมันใช้ขนานกับระนาบของแผ่นงาน
Ferroelectricity: 100 ปีที่ผ่านมาการวัดของทีมเปิดเผยว่าการกระจายประจุภายในคริสตัลจะค่อยๆ เปลี่ยนไปในแต่ละรอบของสนามไฟฟ้า เมื่อเวลาผ่านไป ค่าใช้จ่ายจะสะสมเพิ่มมากขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างโดเมนแบบแยกส่วน ซึ่งโดเมนใหม่ได้พัฒนาและเติบโต โพลาไรเซชันของโดเมนนี้ไม่ได้ขนานกับแผ่นคริสตัลอีกต่อไป ทำให้วัสดุตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าน้อยลง ผลลัพธ์นี้เป็นการสังเกตโดยตรงครั้งแรกของการเสื่อมสภาพของเฟอร์โรอิเล็กทริก และเสริมสร้างความเข้าใจของเราว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรในระดับโมเลกุล
เนื่องจากการสลายตัวของเฟอร์โรอิเล็กทริกเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ไฟฟ้าสั้นลง การค้นพบนี้สามารถช่วยให้นักวิจัยเข้าใจกลไกความล้มเหลวของอุปกรณ์ได้ดีขึ้น ในทางกลับกัน ความรู้นี้อาจนำไปสู่การออกแบบวัสดุที่ทนทานต่อผลกระทบเหล่านี้มากขึ้น หากทำได้สำเร็จ สิ่งนี้อาจนำไปสู่อุปกรณ์ระดับนาโนที่สามารถทำงานได้ในวงจรการโหลดไฟฟ้าที่ต่อเนื่องกันมากขึ้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบต่างๆ ที่ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์เหล่านั้น
เมื่อของแข็งส่วนใหญ่ถูกทำให้ร้อน
พวกมันจะละลายเป็นของเหลว พฤติกรรมนี้สมเหตุสมผลในแง่ของเอนโทรปีหรือความผิดปกติ: สถานะของเหลวมักจะไม่เป็นระเบียบมากกว่าสถานะของแข็ง และอุณหภูมิที่สูงขึ้นหมายความว่าอนุภาคภายในวัสดุสั่นแบบสุ่มด้วยพลังงานมากกว่า ข้อยกเว้นประการหนึ่งคือฮีเลียม-3 ไอโซโทปของฮีเลียมนี้จะแข็งตัวเมื่อได้รับความร้อน เพราะในสถานะของแข็ง ความผันผวนของการหมุนของนิวเคลียร์ของอะตอม (หรือ “การหมุนภายใน”) จะทำให้เอนโทรปีของเอนโทรปีสูงกว่าของเหลวที่เป็นของเหลว ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ Pomeranchuk หลังจากนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Isaak Pomeranchuk ผู้ทำนายในปี 1950
ทีมนักวิจัยอิสระสองทีม – ทีมหนึ่งนำโดยShahal Ilani จาก สถาบัน WeizmannของอิสราเอลและPablo Jarillo-Herreroจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์สหรัฐอเมริกา (MIT) และอีกทีมโดยAndrea Youngจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บาราสหรัฐอเมริกา – มี ตอนนี้ได้ค้นพบแอนะล็อกของเอฟเฟกต์ Pomeranchuk สำหรับอิเล็กตรอนในกราฟีน bilayer บิดเบี้ยว (MATBG) การวัดค่าอิเล็กตรอนเอนโทรปีใน MATBG ครั้งแรกเหล่านี้เผยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงเฟสที่ไม่คาดคิดในระบบคาร์บอนสองมิตินี้ และสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่สดใหม่เกี่ยวกับฟิสิกส์ของระบบอื่นๆ ที่มีความสัมพันธ์อย่างแน่นหนา เช่น ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง
ประดิษฐ์ “superlattice”
MATBG ประกอบด้วยกราฟีนสองแผ่น (ผลึกของอะตอมของคาร์บอนที่จัดเรียงเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยมหนาหนึ่งอะตอม) วางซ้อนกันบนอีกด้านหนึ่งโดยมีมุมเอียงเล็กน้อย การบิดตัวนี้จัดอะตอมให้อยู่ในรูปแบบ moiré โดยมีคาบเวลาที่ขึ้นอยู่กับมุมสัมพัทธ์ระหว่างแกน crystallographic ของแผ่นงาน มากกว่าระยะห่างระหว่างแต่ละอะตอม
รูปแบบ moiré ทำหน้าที่เป็น “superlattice” เทียมซึ่งเซลล์หน่วยของวัสดุ (การทำซ้ำอย่างง่ายของอะตอมของคาร์บอนในโครงสร้างผลึก) จะขยายตัวอย่างมหาศาลในทุกทิศทาง การยืดนี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อวิธีที่อิเล็กตรอนมีปฏิสัมพันธ์ในวัสดุ ที่มุมที่เรียกว่า “เวทย์มนตร์” ที่ 1.1° แถบพลังงานของอิเล็กตรอนจะแผ่ออก ทำให้อิเล็กตรอนช้าลงจนเกือบจะหยุดนิ่ง ความเร็วที่ลดลงอย่างมากนี้นำไปสู่พฤติกรรมที่สัมพันธ์กัน เช่น ความเป็นตัวนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็ก และปรากฏการณ์ควอนตัมอื่นๆ
ใน MATBG อิเล็กตรอนมีสี่รสชาติ: หมุนขึ้น หมุนลง และ “หุบเขา” สองแห่ง แต่ละไซต์ขัดแตะในรูปแบบmoiréมากกว่าที่ถือได้ถึงสี่อิเล็กตรอน เมื่อไซต์ moiré ทั้งหมดเต็ม นั่นคือ เมื่อแต่ละไซต์มีอิเล็กตรอนสี่ตัว MATBG จะทำหน้าที่เป็นฉนวนอย่างง่าย
Credit : cateringiperque.com cdmasternow.com cheaplinksoflondonshop.com conviviosfraternos.com
