Физики создали материал с двумя взаимоисключающими свойствами

Новое соединение ведет себя необычным образом: оно сочетает свойства, которые раньше наблюдали только по отдельности. Ученые считают, что это поможет создавать более функциональные материалы.

В новом соединении проявляются черты и сегнетоэлектрика, и антисегнетоэлектрика

Источник: Unsplash

Обнаружен материал, который ломает привычные правила физики: в нем одновременно уживаются свойства, прежде считавшиеся несовместимыми. Речь идет о соединении K₃[Nb₃O₆|(BO₃)₂], где проявляются черты и сегнетоэлектрика, и антисегнетоэлектрика. Над исследованием этой необычной структуры работали адъюнкт‑профессор Деннис Майер и ведущий автор статьи Иван Ушаков с кафедры материаловедения и инженерии Норвежского университета науки и технологии. Результаты одной из работ опубликованы в Nature Nanotechnology, обзорная статья — в Nature Materials.

Долгое время считалось, что в антисегнетоэлектрических материалах диполи располагаются в чередующемся порядке «вверх‑вниз» и полностью гасят друг друга — из‑за этого материал остается неполярным, а его применение оказывается ограниченным. К сожалению, эти электрические диполи компенсируют друг друга, из‑за чего антисегнетоэлектрический материал оказывается неполярным. Это сдерживает потенциал его использования в более широком контексте.

Деннис Майер

адъюнкт‑профессор кафедры материаловедения и инженерии Норвежского университета науки и технологии

Но в новом соединении картина иная: диполи не выстраиваются строго антипараллельно — присутствует небольшой наклон, который не дает поляризации полностью погаситься. Именно это позволяет двум режимам существовать одновременно. Детальный анализ структуры помог ученым понять, за счет каких механизмов такое сосуществование становится возможным.

Особый интерес вызывают доменные границы — области, разделяющие участки с разной ориентацией поляризации. С помощью современной микроскопии исследователи увидели, что в этом материале границы сильно вытянуты и чрезвычайно тонкие, а их свойства заметно отличаются от тех, что наблюдаются в классических сегнето‑ и антисегнетоэлектриках.

По словам Майера, результаты заставляют по‑новому взглянуть на класс антисегнетоэлектрических материалов: он гораздо шире, чем думали раньше, и включает структуры со сложной геометрией — от простых наклонов до волн и спиралей. Это требует пересмотра привычных категорий в науке о материалах.

Гибридная доменная стенка в K₃[Nb₃O₆|(BO₃)₂]. Стенки разделяют две области с разным расположением диполей (красные и синие стрелки)

Источник: Иван Ушаков / Норвежский университет науки и технологии

Гибридные свойства соединения открывают перспективы для практики — например, в системах хранения энергии, датчиках и других электронных устройствах. Уникальная комбинация характеристик может лечь в основу технологий следующего поколения, способных работать эффективнее нынешних решений.

Ранее Наука Mail рассказывала, что гибкие источники тока научили самовосстанавливаться.