Точно приложенное механическое давление может улучшить электронные свойства широко используемого полимерного материала. Это требует, чтобы материал был механически обработан с точностью до нескольких нанометров, пишет команда из Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU) в научном журнале Передовые электронные материалы. В своем новом исследовании исследователи показывают, как работает этот ранее неизвестный физический эффект и как он также может быть использован для новых технологий хранения. Команде также удалось нарисовать герб города Галле в виде электрического рисунка с пространственным разрешением 50 нанометров в материале.
Поливинилиденфторид (PVDF) - это полимер, широко используемый промышленностью для производства уплотнений, мембран и упаковочных пленок. Он обладает многими практическими свойствами, поскольку он растягивается, биосовместим и довольно недорог в производстве. "PVDF также является сегнетоэлектрическим материалом. Это означает, что у него есть положительные и отрицательные заряды, которые разделены в пространстве, что может быть использовано для технологии хранения", - говорит профессор физики Катрин Дерр из MLU. Однако есть недостаток: PVDF - это полукристаллический материал, структура которого, в отличие от кристаллов, не полностью упорядочена. "В материале так много беспорядка, что некоторые свойства, которыми вы действительно хотели бы воспользоваться, теряются", - говорит Дерр.
Ее команда случайно обнаружила, что атомно-силовая микроскопия может быть использована для установления определенного электрического порядка в материале. Этот метод обычно включает сканирование образца материала наконечником размером всего в несколько нанометров. Затем лазер используется для измерения и оценки производимых вибраций. "Это позволяет нам анализировать структуру поверхности материала на наноуровне", - говорит Дерр. Атомно-силовые микроскопы также можно использовать для приложения давления к образцу материала с помощью крошечного наконечника. Физики из MLU обнаружили, что это также изменяет электрические свойства PVDF. "Давление упруго сжимает материал в нужной точке, не сдвигая молекулы, из которых он состоит", - объясняет Дерр. Электрическая поляризация материала, то есть его электрическая ориентация, вращается в направлении давления. Таким образом, поляризацией можно управлять и переориентировать на наноуровне. Электрические домены, созданные таким образом, чрезвычайно стабильны и оставались нетронутыми через четыре года после первоначального эксперимента.
Эффект, обнаруженный исследователями из Галле, можно контролировать настолько точно, что они смогли использовать электрические заряды, чтобы нарисовать на материале наноразмерную версию герба города - вероятно, самую маленькую в мире. Новый процесс может помочь использовать такие материалы, как PVDF, в новых областях электротехники и хранения данных.
Исследование финансировалось Deutsche Forschungsgemeinschaft (Немецкий исследовательский фонд, DFG).
Комментарии