2017年5月11日
研究人员首次在薄膜中开发了极化梯度，这将有助于大幅度扩大铁电体的功能温度范围，铁电体是一种重要的日常应用材料。
能源部的研究人员劳伦斯伯克利国家实验室他们在5月10日出版的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上发表了一篇论文，描述了他们的成功研究。这项研究为生产能够在地球极地地区和核反应堆内部等紧张环境中支持无线通信的设备打开了大门。
铁电材料由于其自发极化(可通欧洲杯足球竞彩过施加电场逆转)以及在施加物理压力时产生的使电荷最小化的电位而受到高度重视。除了用作传感器、电容器和振荡器外，它们还可用于超声波成像、转运卡和按钮点火系统等应用。
伯克利实验室的科学家在150纳米钛酸锶钡薄膜中开发了应变和化学梯度。钛酸锶钡是一种应用广泛的铁电材料。研究人员可以利用美国伯克利实验室的尖端先进显微镜，直接测量材料中微小的原子位移，从而发现极化的梯度。极化范围为0 ~ 35µC/cm2整个薄膜材料的厚度。
抛弃教科书上的预测
传统的物理学和工程学教科书不会预测到这种现象．创造材料的梯度需要耗费大量的能量——大自然不欧洲杯足球竞彩喜欢这样——而材料会以任何可能的方式消除这种不平衡。为了产生像这里这样的大梯度，我们需要在材料中加入其他东西来弥补这个不合适的结构。在这种情况下，关键在于材料自然产生的缺陷，比如原子的电荷和空位，这些缺陷可以调节不平衡并稳定极化梯度．
莱恩·马丁，伯克利实验室材料科学部教员科学家欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
发展极化梯度被证明是有利的，因为它扩大了铁电材料理想性能的温度范围。钛酸钡的功能在很大程度上依赖于温度，在室温下影响相对较小，在近120°C时观察到一个尖锐的大峰值。因此，当温度变化超过一个相当狭窄的间隙时，很难实现一个最佳控制的、可靠的功能。因此，为了使材料能够在环境温度和附近环境温度下进行应用，研究人员微调材料的化学特性，尽管材料的功能温度范围仍然相对狭窄。
”我们所创造的新极化曲线产生了一种几乎不受温度影响的介电响应，这在铁电材料中并不常见欧洲杯足球竞彩,”马丁说。”通过在极化过程中产生梯度，铁电体就像一系列或连续的材料一样同时工作，在500摄氏度的窗口内给我们带来高性能的结果。欧洲杯足球竞彩相比之下，如今标准的现成材料在更小的50摄氏度窗口内也能产生同样的反应欧洲杯足球竞彩”。
科学家们观察到，温度范围的扩大可以减少电子设备所需的元件数量，并可能使无线电话的功耗降至最低。
我现在拿在手里的智能手机有介质谐振器、移相器、振荡器——总共有200多个元件，它们的材料与我们在本文中研究的材料相似欧洲杯足球竞彩．大约需要45个这样的元素来过滤进出你手机的信号，确保你有一个清晰的信号。对于一个功能来说，这是一个巨大的空间．
莱恩·马丁，伯克利实验室材料科学部教员科学家欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
由于铁电材料的共振会因温度的变化而改变，因此，为了使材料与从蜂窝发射塔传输的信号的欧洲杯足球竞彩波长相匹配，需要不断地进行调整。为了调整信号，需要电源。信号越走调，手机就需要更多的电量才能为呼叫者获得清晰的信号。如果一种材料具有能够在大的温度范围内工作的极化梯度，那么它就可以最大限度地减少调谐信号所需的功率。
更快的探测器使新的成像技术成为可能
要深入了解极化梯度，就需要使用外延应变，这是一种需要在衬底上生长晶体层，但晶格结构不匹配的技术。这种应变工程方法通常用于半导体的生产，有助于调节材料的结构和改善材料的性能。欧洲杯足球竞彩
电子显微镜技术的最新发展使得科学家们不仅能够获得应变钛酸锶钡的原子尺度结构数据，而且能够直接测量应变和极化梯度。
我们建立了一种利用纳米束扫描衍射记录每个点的衍射图形的方法，然后对应变和极化数据集进行分析．T他在伯克利实验室首创的制图方法既新颖又强大．
安德鲁·迈纳是伯克利实验室分子铸造中心电子显微镜国家中心的主任
据Minor说，一个更重要的因素是探测器的速度。在《自然通讯》发表的那篇论文中，数据以每秒400帧的速度获取，这比几年前每秒30帧的速度要快。现在Foundry的用户可以访问此方法。
”我们看到显微镜的革命与直接电子探测器的使用有关，它正在改变许多研究领域他也是加州大学伯克利分校的材料科学与工程教授。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球”我们能够以一种直到最近都难以想象的规模看到和测量事物”。
加州大学伯克利分校材料科学与工程系的博士后研究员Anoop Damodaran和研究生Shishir Pandya是这篇论文的联合主要作者。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球该论文的其他合著者是来自宾夕法尼亚大学、卡耐基科学学院和罗格斯大学的研究人员。欧洲杯线上买球
美国能源部的科学办公室、陆军研究办公室、欧洲杯线上买球国家科学基金会、戈登和贝蒂·摩尔基金会以及卡内基科学研究所都支持这项研究。