Полярный металл
Полярный металл , металлический сегнетоэлектрик , [1] или сегнетоэлектрический металл [2] Это металл , обладающий электрическим дипольным моментом . Его компоненты имеют упорядоченный электрический диполь. Такие металлы должны быть неожиданными, потому что заряд должен проводиться через свободные электроны металла и нейтрализовать поляризованный заряд. Однако они существуют. [3] Вероятно, первое сообщение о полярном металле было в монокристаллах купратных сверхпроводников YBa 2 Cu 3 O 7−δ . [4] [5] Путем измерений пироэлектрического эффекта наблюдалась поляризация вдоль одной оси (001), причем было показано, что знак поляризации обратим, а ее величина может быть увеличена путем поляризации электрическим полем. [6] Обнаружено исчезновение поляризации в сверхпроводящем состоянии. [7] Считалось, что ответственные за это искажения решетки являются результатом смещений ионов кислорода, вызванных легированными зарядами, которые нарушают инверсионную симметрию. [8] [9] Эффект был использован для изготовления пироэлектрических детекторов космического назначения, имеющих преимущество большого пироэлектрического коэффициента и низкого собственного сопротивления. [10] Другое семейство веществ, способных производить полярный металл, — это никелатные перовскиты . Одним из примеров, демонстрирующих полярное металлическое поведение, является никелат лантана LaNiO 3 . [11] [12] Тонкая пленка LaNiO 3 , выращенная на грани (111) кристалла алюмината лантана (LaAlO 3 ), интерпретировалась как проводник и полярный материал при комнатной температуре. [11] Однако удельное сопротивление этой системы возрастает с понижением температуры и, следовательно, не соответствует строго определению металла. Кроме того, при выращивании 3 или 4 элементарных ячеек толщиной (1-2 нм) на грани кристалла (100) LaAlO 3 LaNiO 3 может быть полярным изолятором или полярным металлом в зависимости от атомного окончания поверхности. [12] осмат лития , [13] LiOsO 3 также претерпевает сегнетоэлектрический переход при охлаждении ниже 140 К. Группа точек меняется с R 3 c на R3c, теряя центросимметрию. [14] [15] При комнатной температуре и ниже осмат лития является электрическим проводником в монокристаллической, поликристаллической или порошковой форме, а сегнетоэлектрическая форма появляется только при температуре ниже 140 К. Выше 140К материал ведет себя как обычный металл. [16] реализован искусственный двумерный полярный металл путем переноса заряда на сегнетоэлектрик . LaAlO 3 /Ba 0,8 Sr 0,2 TiO 3 /SrTiO 3 В сложных оксидных гетероструктурах [17]
Самородная металличность и сегнетоэлектричество наблюдались при комнатной температуре в объемном монокристаллическом дителлуриде вольфрама (WTe 2 ); дихалькогенид переходного металла (TMDC). Он имеет бистабильные и электрически переключаемые состояния спонтанной поляризации, указывающие на сегнетоэлектричество. [18] Сосуществование металлического поведения и переключаемой электрической поляризации в WTe 2 , который является слоистым материалом , наблюдалось в пределе малой толщины двух- и трехслоев. [19] Расчеты показывают, что это происходит из-за вертикального переноса заряда между слоями, который переключается за счет межслоевого скольжения. [20] В апреле 2022 года было сообщено о другом полярном металле при комнатной температуре, который также был магнитным, скирмионы и эффект Рашбы-Эдельштейна . наблюдались [21] [22] [23]
П. В. Андерсон и Э. И. Блаунт предсказали, что сегнетоэлектрик может существовать в 1965 году. [14] Они были вдохновлены сделать это предсказание на основе сверхпроводящих переходов и сегнетоэлектрического перехода в титанате бария . Предсказание заключалось в том, что атомы не движутся далеко и происходит лишь небольшая несимметричная деформация кристалла, скажем, из кубической в тетрагональную. Этот переход они назвали мартенситным. Они предложили обратить внимание на натриевольфрамовую бронзу и сплав InTl . Они поняли, что свободные электроны в металле нейтрализуют эффект поляризации на глобальном уровне, но что электроны проводимости не сильно влияют на поперечные оптические фононы или локальное электрическое поле, присущее сегнетоэлектричеству . [24]
Ссылки [ править ]
- ^ Университет Дрекселя (2 апреля 2014 г.). «Исследователи открывают путь к поиску редких поляризованных металлов» . физ.орг . Проверено 23 апреля 2016 г.
- ^ Бенедек Н.А., Бирол Т (2016). « Переосмысление «сегнетоэлектрических» металлов: фундаментальные механизмы и соображения проектирования новых материалов». Журнал химии материалов C. 4 (18): 4000–4015. arXiv : 1511.06187 . дои : 10.1039/C5TC03856A . S2CID 59457320 .
- ^ Чжоу WX, Ариандо А (01.06.2020). «Обзор сегнетоэлектриков/полярных металлов». Японский журнал прикладной физики . 59 (СИ): SI0802. arXiv : 2007.11200 . дои : 10.35848/1347-4065/ab8bbf . ISSN 0021-4922 . S2CID 219092553 .
- ^ Михайлович Д., Хигер А.Дж. (1990). «Пироэлектрические и пьезоэлектрические эффекты в монокристаллах YBa 2 Cu 3 O 7−d ». Твердотельные коммуникации . 75 : 319. doi : 10.1016/0038-1098(90)90904-P .
- ^ Поберай И, Михайлович Д (1992). «Измерения пироэлектрического эффекта в материалах YBa 2 Cu 3 O 6+y и La 2 CuO 4 ». Сегнетоэлектрики . 128 (1): 197. Бибкод : 1992Fer...128..197P . дои : 10.1080/00150199208015091 .
- ^ Михайлович Д., Поберай I (1991). «Сегнетоэлектричество в YBa 2 Cu 3 O 7−δ и La 2 CuO 4+δ монокристаллах ». Физика C: Сверхпроводимость . 185–189: 781. doi : 10.1016/0921-4534(91)91614-A .
- ^ Михайлович Д., Поберай И., Мертель А. (декабрь 1993 г.). «Характеристика пироэлектрического эффекта в YBa2Cu3O7-дельта». Физический обзор B . 48 (22): 16634–16640. Бибкод : 1993PhRvB..4816634M . дои : 10.1103/PhysRevB.48.16634 . ПМИД 10008248 .
- ^ Михайлович Д., Хигер А.Дж. (1990). «Пироэлектрические и пьезоэлектрические эффекты в монокристаллах YBa 2 Cu 3 O 7−d ». Твердотельные коммуникации . 75 : 319. дои : 10.1016/0038-1098(90)90904-P .
- ^ Вискадуракис З., Сунку СС, Мукерджи С., Андерсен Б.М., Ито Т., Сасагава Т., Панагопулос С. (октябрь 2015 г.). «Сегнетоэлектричество в недодопированных купратах на основе La» . Научные отчеты 5 : 15268. дои : 10.1038/srep15268 . ПМК 4614081 . ПМИД 26486276 .
- ^ Батлер Д.П., Челик-Батлер З., Джаханзеб А., Грей Дж.Э., Трэверс СМ (1998). «Микрообработанные конденсаторные конструкции YBaCuO в качестве неохлаждаемых пироэлектрических инфракрасных детекторов». Дж. Прил. Физ . 84 (3): 1680. Бибкод : 1998JAP....84.1680B . дои : 10.1063/1.368257 .
- ^ Перейти обратно: а б Ким Т.Х., Пуджиони Д., Юань Ю., Се Л., Чжоу Х., Кэмпбелл Н. и др. (май 2016 г.). «Полярные металлы в геометрическом дизайне». Природа . 533 (7601): 68–72. Бибкод : 2016Natur.533...68K . дои : 10.1038/nature17628 . ПМИД 27096369 . S2CID 518197 .
- ^ Перейти обратно: а б Кумах Д.П., Малашевич А., Диса А.С., Арена ДА, Уокер Ф.Дж., Исмаил-Бейги С., Ан CH (6 ноября 2015 г.). «Влияние ограничения поверхности на электронные свойства пленок LaNiO 3 » . Применена физическая проверка . 2 (5): 054004. Бибкод : 2014PhRvP...2e4004K . doi : 10.1103/PhysRevApplied.2.054004 .
- ^ «Когда сегнетоэлектрик не сегнетоэлектрик?» . www.isis.stfc.ac.uk. 2013 . Проверено 21 апреля 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б Ши Ю, Го Ю, Ван Х, Принцеп А.Дж., Халявин Д., Мануэль П. и др. (ноябрь 2013 г.). «Сегнетоэлектрический структурный переход в металле». Природные материалы . 12 (11): 1024–1027. arXiv : 1509.01849 . Бибкод : 2013NatMa..12.1024S . дои : 10.1038/nmat3754 . ПМИД 24056805 . S2CID 27226642 .
- ^ Паредес Аулестия Э.И., Чунг Ю.В., Фанг Ю.В., Хэ Дж., Ямаура К., Лай К.Т., Го С.К., Чен Х (02.07.2018). «Вызванное давлением повышение температуры неполярного перехода в полярное в металлическом LiOsO3». Письма по прикладной физике . 113 (1): 012902. arXiv : 1806.00639 . Бибкод : 2018ApPhL.113a2902P . дои : 10.1063/1.5035133 . ISSN 0003-6951 . S2CID 119058864 .
- ^ Ши Ю, Го Ю, Ван Х, Принцеп А.Дж., Халявин Д., Мануэль П. и др. (ноябрь 2013 г.). «Сегнетоэлектрический структурный переход в металле». Природные материалы . 12 (11): 1024–1027. arXiv : 1509.01849 . Бибкод : 2013NatMa..12.1024S . дои : 10.1038/nmat3754 . ПМИД 24056805 . S2CID 27226642 .
- ^ Чжоу WX, Ву HJ, Чжоу Дж, Цзэн СВ, Ли CJ, Ли М.С. и др. (декабрь 2019 г.). «Искусственный двумерный полярный металл путем переноса заряда на сегнетоэлектрический изолятор» . Физика связи . 2 (1): 125. arXiv : 2007.05903 . Бибкод : 2019CmPhy...2..125Z . дои : 10.1038/s42005-019-0227-4 . ISSN 2399-3650 .
- ^ Шарма П., Сян FX, Шао Д.Ф., Чжан Д., Цымбал Э.Ю., Гамильтон А.Р., Зайдель Дж. (июль 2019 г.). «Сегнетоэлектрический полуметалл при комнатной температуре» . Достижения науки . 5 (7): eaax5080. Бибкод : 2019SciA....5.5080S . дои : 10.1126/sciadv.aax5080 . ПМК 6611688 . ПМИД 31281902 .
- ^ Фей З., Чжао В., Паломаки Т.А., Сунь Б., Миллер М.К., Чжао З. и др. (август 2018 г.). «Сегнетоэлектрическое переключение двумерного металла». Природа . 560 (7718): 336–339. arXiv : 1809.04575 . Бибкод : 2018Natur.560..336F . дои : 10.1038/s41586-018-0336-3 . ПМИД 30038286 . S2CID 49907122 .
- ^ Ян Ц, Ву М, Ли Дж (декабрь 2018 г.). «Происхождение двумерного вертикального сегнетоэлектричества в WTe 2 двухслойном и многослойном ». Журнал физической химии . 9 (24): 7160–7164. doi : 10.1021/acs.jpclett.8b03654 . ПМИД 30540485 . S2CID 56147713 .
- ^ Чжан Х, Шао Ю.Т., Чен Р., Чен Х, Сусарла С., Рафтри Д., Райханадтер Дж.Т., Каретта Л., Хуан Х., Сеттинери Н.С., Чен З. (06.04.2022). «Полярный магнитный металл комнатной температуры». Материалы физического обзора . 6 (4): 044403. arXiv : 2106.00833 . Бибкод : 2022PhRvM...6d4403Z . doi : 10.1103/PhysRevMaterials.6.044403 . S2CID 248011242 .
- ^ Уилкинсон Р. (06 апреля 2022 г.). «Найден неуловимый полярно-магнитный металл» . Физика . 15 . Бибкод : 2022PhyOJ..15..s44W . дои : 10.1103/Physics.15.s44 . S2CID 249250986 .
- ^ Чжан Х., Рафтри Д., Чан Ю.Т., Шао Ю.Т., Чен Р., Чен X и др. (март 2022 г.). «Решетка скирмиона при комнатной температуре в слоистом магните (Fe 0,5 Co 0,5 ) 5 GeTe 2 » . Достижения науки . 8 (12): eabm7103. Бибкод : 2022SciA....8M7103Z . дои : 10.1126/sciadv.abm7103 . ПМЦ 8942374 . ПМИД 35319983 .
- ^ Андерсон П.В., Блаунт Э.И. (15 февраля 1965 г.). «Соображения симметрии мартенситных превращений: «сегнетоэлектрические» металлы?». Письма о физических отзывах . 14 (7): 217–219. Бибкод : 1965PhRvL..14..217A . дои : 10.1103/PhysRevLett.14.217 .