Kutup metali - Polar metal

Bir polar metal, metalik ferroelektrik,[1] veya ferroelektrik metal[2] bir metal içeren elektrik dipol momenti. Bileşenleri düzenli bir elektrik dipolüne sahiptir. Bu tür metaller beklenmedik olmalıdır, çünkü yük metaldeki serbest elektronlar aracılığıyla yürütülmeli ve polarize yükü nötralize etmelidir. Ancak varlar. Muhtemelen bir polar metalin ilk raporu, bakırat süperiletkenleri YBa'nın tek kristallerinde idi.2Cu3Ö7-δ,.[3][4] Piroelektrik etki ölçümleriyle bir (001) eksen boyunca bir polarizasyon gözlemlendi ve polarizasyonun işaretinin tersine çevrilebilir olduğu gösterildi ve bir elektrik alanı ile kutuplandırılarak büyüklüğü artırılabildi.[5] Polarizasyonun süperiletken durumda ortadan kalktığı bulundu.[6] Sorumlu kafes distorsiyonlarının, inversiyon simetrisini bozan katkılı yüklerin neden olduğu oksijen iyonu yer değiştirmelerinin bir sonucu olduğu kabul edildi.[7][8] Etki, büyük piroelektrik katsayısı ve düşük iç direnç avantajına sahip olan, uzay uygulamaları için piroelektrik dedektörlerin üretiminde kullanıldı.[9]Polar bir metal üretebilen diğer bir madde ailesi, nikelat Perovskitler. Kutupsal metalik davranışı göstermek için yorumlanan bir örnek şudur: lantan nikelat, LaNiO3.[10][11] İnce bir LaNiO filmi3 (111) kristal yüzünde büyümüş lantan alüminat, (LaAlO3) oda sıcaklığında hem iletken hem de polar bir malzeme olarak yorumlandı.[10] Bununla birlikte, bu sistemin direnci, azalan sıcaklıkla bir yükselme gösterir, bu nedenle bir metal tanımına tam olarak uymaz. Ayrıca, LaAlO'nun (100) kristal yüzünde 3 veya 4 birim kalınlıkta (1-2 nm) büyütüldüğünde3, LaNiO3 yüzeyin atomik sonlandırılmasına bağlı olarak polar bir yalıtkan veya polar metal olabilir.[11] Lityum osmat,[12] LiOsO3 ayrıca bir ferrorelektrik geçiş 140K'nın altına soğutulduğunda. nokta grubu dan değişiklikler R3c -e R3c merkezcilimetrisini kaybediyor.[13][14] Oda sıcaklığında ve altında, lityum osmat tek kristal, polikristalin veya toz formlarında bir elektrik iletkenidir ve ferroelektrik form yalnızca 140K'nın altında görünür. 140K'nın üzerindeki malzeme normal bir metal gibi davranır.[15]

Tek kristalli toplu halde oda sıcaklığında doğal metallik ve ferroelektriklik gözlenmiştir. tungsten ditelluride (WTe2); a geçiş metali dikalkojenit (TMDC). Ferroelektrikliği gösteren iki durumlu ve elektriksel olarak değiştirilebilir spontan polarizasyon durumlarına sahiptir.[16] WTe'de metalik davranış ve değiştirilebilir elektrik polarizasyonunun bir arada bulunması2, hangisi bir katmanlı malzeme, iki ve üç katmanlı düşük kalınlık sınırında gözlenmiştir.[17] Hesaplamalar, bunun, katmanlar arası kayma ile değiştirilen katmanlar arasındaki dikey yük transferinden kaynaklandığını göstermektedir.[18]

P. W. Anderson ve E. I. Blount, 1965'te bir ferroelektrik metalin var olabileceğini tahmin etti.[13] Bu tahmini süperiletken geçişlere ve buradaki ferroelektrik geçişe dayalı olarak yapmak için ilham aldılar. baryum titanat. Tahmin, atomların uzağa hareket etmemesi ve sadece kübikten dörtgene, simetrik olmayan hafif bir kristal deformasyonun meydana gelmesiydi. Bu geçişe martensitik adını verdiler. Bakmayı önerdiler sodyum tungsten bronz ve InTl alaşım. Metaldeki serbest elektronların küresel düzeyde polarizasyonun etkisini nötralize edeceğini, ancak iletim elektronlarının enine optik fononları veya içlerinde bulunan yerel elektrik alanını güçlü bir şekilde etkilemediğini fark ettiler. ferroelektrik.[19]

Referanslar

  1. ^ Drexel Üniversitesi (2 Nisan 2014). "Araştırmacılar nadir, polarize metaller bulmanın yolunu açıyor". phys.org. Alındı 23 Nisan 2016.
  2. ^ Benedek, Nicole A .; Birol, Turan (2016). "'Ferroelektrik 'metaller yeniden incelendi: yeni malzemeler için temel mekanizmalar ve tasarım konuları ". Malzeme Kimyası C Dergisi. 4 (18): 4000–4015. arXiv:1511.06187. doi:10.1039 / C5TC03856A.
  3. ^ Mihailovic, Dragan; Heeger, Alan J. (1990). "YBa'nın tek kristallerinde piroelektrik ve piezoelektrik etkiler2Cu3Ö7-d". Katı Hal İletişimi. 75: 319. doi:10.1016 / 0038-1098 (90) 90904-P.|https://doi.org/10.1016/0038-1098(90)90904-P
  4. ^ Poberaj, Igor; Mihailovic, Dragan (1992). "YBa'da piroelektrik etki ölçümleri2Cu3Ö6 + y ve La2CuO4 malzemeler". Ferroelektrikler. 128: 197. doi:10.1080/00150199208015091.| https://doi.org/10.1016/0921-4534(91)91614-A
  5. ^ Mihailovic, Dragan; Poberaj Igor (1991). "YBa'da ferroelektrik2Cu3Ö7 − δ ve La2CuO4 + δ tek kristaller ". Physica C: Süperiletkenlik. 185-189: 781. doi:10.1016 / 0921-4534 (91) 91614-A.
  6. ^ Mihailovic, Dragan; Poberaj, Igor; Mertelj, Alenka (1993). "YBa'da piroelektrik etkinin karakterizasyonu2Cu3Ö7-d". Fiziksel İnceleme B. 48 (22): 16634–16640. doi:10.1103 / PhysRevB.48.16634. PMID  10008248.| https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.16634
  7. ^ Mihailovic, Dragan; Heeger, Alan J. (1990). "YBa'nın tek kristallerinde piroelektrik ve piezoelektrik etkiler2Cu3Ö7-d". Katı Hal İletişimi. 75: 319. doi:10.1016 / 0038-1098 (90) 90904-P.
  8. ^ Viskadourakis, Z. (2015). "Az katkılı La bazlı bakır oranlarında ferroelektrik". Sci. Rep. 5: 15268. doi:10.1038 / srep15268. PMC  4614081. PMID  26486276.
  9. ^ Butler, D .; Çelik-Butler, Z .; Jahanzeb, A .; Gray, J .; Travers, C. (1998). "Soğutmasız piroelektrik kızılötesi dedektörler olarak mikro işlenmiş YBaCuO kapasitör yapıları". J. Appl. Phys. 84 (3): 1680. Bibcode:1998JAP .... 84.1680B. doi:10.1063/1.368257.
  10. ^ a b Kim, T. H .; Puggioni, D .; Yuan, Y .; Xie, L .; Zhou, H .; Campbell, N .; Ryan, P. J .; Choi, Y .; Kim, J.-W .; Patzner, J. R .; et al. (20 Nisan 2016). "Geometrik tasarıma göre polar metaller". Doğa. 533 (7601): 68–72. Bibcode:2016Natur.533 ... 68K. doi:10.1038 / nature17628. PMID  27096369.
  11. ^ a b Kumah, D.P .; Malashevich, A .; Disa, A.S .; Arena, D.A .; Walker, F.J .; İsmail-Beigi, S .; Ahn, C.H. (6 Kasım 2015). "Yüzey Sonlandırmanın LaNiO'nun Elektronik Özellikleri Üzerindeki Etkisi3 Filmler ". Uygulanan Fiziksel İnceleme. 2 (5): 054004. Bibcode:2014PhRvP ... 2e4004K. doi:10.1103 / PhysRevApplied.2.054004.
  12. ^ "Bir ferroelektrik ne zaman bir ferroelektrik değildir?". www.isis.stfc.ac.uk. 2013. Alındı 21 Nisan 2016.
  13. ^ a b Shi, Youguo; Guo, Yanfeng; Wang, Xia; Princep, Andrew J .; Khalyavin, Dmitry; Manuel, Pascal; Michiue, Yuichi; Sato, Akira; Tsuda, Kenji; Yu, Shan; et al. (2013). "Bir metalde ferroelektrik benzeri yapısal geçiş". Doğa Malzemeleri. 12 (11): 1024–1027. arXiv:1509.01849. Bibcode:2013NatMa..12.1024S. doi:10.1038 / nmat3754. PMID  24056805.
  14. ^ Paredes Aulestia, Esteban I .; Cheung, Yiu Wing; Fang, Yue-Wen; O, Jianfeng; Yamaura, Kazunari; Lai, Kwing To; Goh, Swee K .; Chen, Hanghui (2018-07-02). "Metalik LiOsO3'te polar olmayan ila polar geçiş sıcaklığının basınç kaynaklı iyileştirilmesi". Uygulamalı Fizik Mektupları. 113 (1): 012902. arXiv:1806.00639. Bibcode:2018ApPhL.113a2902P. doi:10.1063/1.5035133. ISSN  0003-6951.
  15. ^ Shi, Youguo; Guo, Yanfeng; Wang, Xia; Princep, Andrew J .; Khalyavin, Dmitry; Manuel, Pascal; Michiue, Yuichi; Sato, Akira; Tsuda, Kenji; Yu, Shan; et al. (22 Eylül 2013). "Metalde ferroelektrik benzeri yapısal geçiş" (PDF). Doğa Malzemeleri. 12 (11). Ek bilgi. arXiv:1509.01849. Bibcode:2013NatMa..12.1024S. doi:10.1038 / nmat3754. PMID  24056805.
  16. ^ Sharma, Pankaj; Xiang, Fei-Xiang; Shao, Ding-Fu; Zhang, Dawei; Tsymbal, Evgeny Y .; Hamilton, Alex R .; Seidel, Ocak (2019). "Oda sıcaklığında ferroelektrik yarı metal". Bilim Gelişmeleri. 5 (7): eaax5080. Bibcode:2019SciA .... 5.5080S. doi:10.1126 / sciadv.aax5080. PMC  6611688. PMID  31281902.
  17. ^ Fei, Zaiyao; Zhao, Wenjin; Palomaki, Tauno A .; Güneş, Bosong; Miller, Moira K .; Zhao, Zhiying; Yan, Jiaqiang; Xu, Xiaodong; Cobden, David H. (Ağustos 2018). "İki boyutlu bir metalin ferroelektrik anahtarlaması". Doğa. 560 (7718): 336–339. arXiv:1809.04575. doi:10.1038 / s41586-018-0336-3. ISSN  1476-4687. PMID  30038286.
  18. ^ Yang, Qing; Wu, Menghao; Li, Ju (2018-12-20). "WTe2 Çift Katmanlı ve Çok Katmanlı İki Boyutlu Dikey Ferroelektrikliğin Kökeni". Fiziksel Kimya Mektupları Dergisi. 9 (24): 7160–7164. doi:10.1021 / acs.jpclett.8b03654. PMID  30540485.
  19. ^ Anderson, P. W .; Blount, E.I. (15 Şubat 1965). "Martensitik Dönüşümlerde Simetri Değerlendirmeleri:" Ferroelektrik "Metaller?". Fiziksel İnceleme Mektupları. 14 (7): 217–219. Bibcode:1965PhRvL..14..217A. doi:10.1103 / PhysRevLett.14.217.