Le strutture del dominio di chiusura del flusso (FCD) sono fenomeni topologici microscopici che si trovano in film sottili ferroelettrici che presentano proprietà di polarizzazione elettrica distinte. Questi domini a circuito chiuso hanno attirato l'attenzione dei ricercatori che studiano nuovi dispositivi ferroelettrici, che vanno dai componenti per l'archiviazione dei dati e dalle giunzioni a tunnel spintronico ai condensatori ultrasottili.

Nello sviluppo di film sottili per tali dispositivi, i ricercatori hanno pensato che il contatto con gli elettrodi di ossido comunemente usati limiti la formazione di FCD. Però, un gruppo di ricercatori in Cina ha dimostrato il contrario. I risultati sono riportati questa settimana come articolo di copertina in Lettere di fisica applicata , da AIP Publishing.

I materiali ferroelettrici sono tipicamente sviluppati e studiati come film sottili, a volte sottile come pochi nanometri. Di conseguenza, i ricercatori hanno iniziato a scoprire le abbondanti strutture di dominio e le proprietà fisiche uniche che possiedono questi ferroelettrici, come skyrmion e formazione di FCD che potrebbero avvantaggiare i dispositivi elettronici di prossima generazione. Perché i film sono così sottili, però, la loro interazione con gli elettrodi è inevitabile.

"Il pensiero generale è stato che gli elettrodi di ossido avrebbero destabilizzato i domini di chiusura del flusso. Tuttavia, il nostro lavoro ha dimostrato che questo non è più vero quando gli elettrodi superiore e inferiore sono simmetrici, che fisicamente ha senso, " disse Yinlian Zhu, professore presso l'Istituto di ricerca sui metalli presso l'Accademia cinese delle scienze e coautore del documento.

Zhu e colleghi hanno utilizzato due tipi di elettrodi di ossido:uno a base di rutenato di stronzio, l'altro a base di lantanio stronzio manganite, scelti come elettrodi di ossido a causa delle loro strutture simili di perovskite, che funzionano bene nella crescita del film strato per strato. Hanno studiato il modo in cui questi elettrodi hanno influenzato la formazione di FCD in film sottili a base di ossido di perovskite PbTiO3 (PTO) depositati su substrati di ossido di gadolinio scandio (GSO).

I precedenti studi del gruppo di ricerca hanno indicato che i domini di chiusura del flusso possono essere stabilizzati in film ferroelettrici tesi in cui il ceppo svolge un ruolo critico nella formazione dei domini di chiusura del flusso, come sistemi multistrato PTO/titanato di stronzio cresciuti su substrati a base di GSO (in particolare GdScO3).

Sulla base dei loro studi precedenti, i ricercatori hanno quindi anticipato che un fenomeno simile potrebbe verificarsi anche nei sistemi PTO/elettrodo. Hanno quindi coltivato film PTO inseriti tra elettrodi di ossido simmetrici su substrati GSO utilizzando la deposizione laser pulsata.

Hanno scoperto che gli array FCD periodici possono essere stabilizzati nei film PTO quando gli elettrodi superiore e inferiore sono simmetrici, mentre i domini di corrente alternata compaiono quando applicano elettrodi asimmetrici.

"Abbiamo coltivato con successo film sottili ferroelettrici con elettrodi di ossido simmetrici in cui chiaramente esistono domini di chiusura del flusso e le loro matrici periodiche, Zhu ha detto. "Il nostro lavoro fa luce sulla comprensione della natura dei domini di chiusura del flusso nei materiali ferroelettrici. Ci aspettiamo che apra possibilità di ricerca nell'evoluzione di queste strutture sotto campi elettrici esterni".