2009年1月28日
如果能找到控制畴壁的方法，未来电子器件的逻辑和存储功能可能会急剧缩小到一到两纳米(十亿分之一米)，而不是目前最先进元件的几十纳米。分隔具有不同磁性、电性或其他性质的材料的超薄过渡区。
在一种被称为铋铁氧体的材料中，铋、铁和氧的一种不同寻常的化合物(BiFe03)能源部劳伦斯伯克利国家实验室加州大学伯克利分校(University of California at Berkeley)发现了一种前所未见的域墙特性。尽管铋铁氧体是绝缘体，研究人员发现在具有不同电极化的畴之间，畴壁本身——只有两纳米宽——在室温下导电。
“畴壁实际上是一个通过材料的二维薄片，”加州大学伯克利分校材料科学与工程系和物理系教授Ramamoorthy Ramesh说。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球“因为它们非常小，可以移动，域墙对未来的电子产品有很大的前景。”
Ramesh负责MSD的量子材料研究项目，该项目由能源欧洲杯足球竞彩部科学办公室下属的基础能源科学办公室(BES)支持。欧洲杯线上买球拉梅什说，与我们熟悉的金属或半导体不同，复杂材料的基本电学和磁学特性对环境极其敏感。欧洲杯足球竞彩“欧洲杯足球竞彩多铁材料就是这类材料的一个例子，而铋铁氧体就是一种典型的多铁材料。”
多铁的前景
多铁可能是一个陌生的术语，但不太可能长期如此。它描述同时表现出两种或两种欧洲杯足球竞彩以上铁磁性、铁电性或铁弹性的材料。例如，铋铁氧体既是反铁磁的又是铁电的。(Ferrum在拉丁语中是铁的意思;在古代，铁的磁性是第一个被观察到的铁的性质，但铁的术语现在扩展到与铁无关的化合物和性质。)
铁磁性是最常见的一种磁性，其特征是具有南北两极方向的磁场。铁电性是指可以被电极化的材料，具有正负电荷的优先取向。欧洲杯足球竞彩在铁弹性材料中，例如“形状记忆”欧洲杯足球竞彩合金，应力会引起取向或晶体结构的自发变化，而这种变化又会翻转回来。多铁材料可能有区域，由畴壁隔开，其中一种或多种不同性质的方向不同。
拉梅什说:“我们研究铋铁氧体这类氧化物的一个原因是，我们可以通过改变其他性质来控制一种性质。”“这些材料很有欧洲杯足球竞彩个性。”
加州大学物理系的Jan Seidel在对MSD的Lane Martin制作的铋铁氧体薄膜进行扫描探针测量时，偶然发现了铋铁氧体独特的畴壁特性;他们都是量子材料项目的成员。欧洲杯足球竞彩
“为了制作薄膜，我们用激光脉冲击中含有铋和铁的陶瓷氧化物目标，并将固体转化为沉积在衬底上的等离子体羽流，”马丁解释说。“我们选择基板结构，控制温度和气氛，以获得正确的混合和正确的相。”
在目前的工作中，Martin在锶钛氧化物(SrTiO3)的衬底上生长了50到200纳米厚的铋铁氧体薄膜，这是一种晶格参数和结构相似的晶体，促进了高质量铋铁氧体薄膜的生长。(首先在衬底和铋铁氧体之间铺上一层薄薄的另一种化合物——氧化锶钌(SrRuO3)，作为电极。)
像许多其他多铁氧化物一样，铋铁氧体具有钙钛矿的晶体结构，氧原子和重原子(如铋)的平面与氧原子和轻原子(如铁)的平面交替。一个铁原子位于基本的铋铁氧体立方电池的中心，它的位置——无论在某个方向或另一个方向稍稍偏离中心——加上受影响的铋原子的位置，就会产生局部极化。
铋铁氧体薄膜的铁电畴尺寸在5到10微米之间(一米的百万分之一)，Seidel说，“我们可以通过使用不同的扫描探针机制绘制甚至改变畴结构。”
铋铁素体是绝缘体,但是每个域都有一个不同的电荷极化或取向,这大啤酒杯映射使用piezoresponse力显微镜(PFM):随着烤瓷调查样本,提示产生的交变电场检测机械响应的样本,根据其极化。同样的PFM设置可以通过施加足够大的电压来切换薄膜的局部极化特性。
扫描探针用于原子力显微镜(AFM)模式，以绘制薄膜表面的形貌特征。在AFM中，探针能有效地“感知”其在表面上的路径，就像电唱机中的触笔感知唱片上的沟槽一样。此外，通过设置一个很小的电压来影响域的极化，研究人员可以探测薄膜的电子特性。
在这种模式下(导电AFM)， Seidel测量了样品跨畴和跨畴壁的局部电导率。畴实际上是不导电的——因为铋铁氧体是绝缘体——但令人惊讶的是，某些畴壁显示出电导率。它们的电导率取决于畴壁两侧极化方向的角差。
为了了解这种意想不到的电导率，研究人员在伯克利实验室的国家电子显微镜中心(由BES支持的国家用户设施)使用透射电子显微镜(TEM)来检查原子在畴内和畴壁附近的不同排列方式。铋铁氧体畴壁沿两个不同的晶体平面定向;它们可以在极化方向上以109度、71度或180度的差异分离域。通过比较不导电71度畴壁的原子结构和导电109度畴壁的原子结构，研究人员发现了局部结构的明显不同:它有望成为理解这种效应起源的关键。
绝缘材料的畴壁是如何导电的
拉梅什说:“我们与理论学家合作，帮助我们模拟观察到的行为，并理解传导机制。”“出现的是靠近畴壁的铋铁氧体单元细胞结构变化的清晰图像。”这些结构变化是直接的