راز مواد فروالکتریک فاش شود

به گزارش  سیناپرس به نقل از ایسنا، تحقیقات جدید از محققان دانشگاه‌های "لینکوپینگ"(Linköping) و "آیندهون"(Eindhoven) برای اولین بار با موفقیت نشان دادند که ذرات فرضی که توسط فرانتس پریساک در سال 1935 مطرح شده بود، واقعا وجود دارند. فروالکتریسیته(Ferroelectricity) خاصیتی در مواد است که باعث می‌شود در سطح سلول واحد، به علت چینش منظم اتم‌ها یا مولکول‌ها، دوقطبی‌های الکتریکی دائمی به وجود بیاید، به نحوی که جهت آنها با اعمال میدان الکتریکی خارجی قابل تنظیم باشد.

مقاله پژوهشی دانشمندان نشان می‌دهد که چرا مواد فروالکتریک این گونه رفتار می‌کنند. فروالکتریسیته به شدت با فرومغناطیس مرتبط است. مواد فرومغناطیس شناخته شده شامل آهن، کبالت و نیکل هستند. در این مواد، الکترون‌ها به عنوان آهن‌رباهای کوچک موسوم به "دیپولس"(dipoles) یا دوقطبی‌های الکتریکی ایفای نقش می‌کنند که دارای قطب مثبت و منفی هستند.

مواد فروالکتریک در دیسک‌های سخت(حافظه‌های جانبی) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در یک ماده فروالکتریک، دوقطبی‌ها مغناطیسی نیستند، بلکه الکتریکی هستند و قطب مثبت و منفی دارند. این قطب‌ها به صورت تصادفی هستند، مگر اینکه یک میدان که به اندازه کافی قوی باشد، اعمال شود. در این صورت، دوقطبی‌ها با آن میدان هماهنگ می‌شوند.

میدان مذکور به عنوان میدان اجباری یا بحرانی شناخته می‌شود. مواد فلزی همچنان هماهنگی خود را حفظ می‌کنند، حتی زمانی که میدان حذف می‌شود. بنابراین ماده به صورت دائمی قطبی می‌شود.

برای برهم زدن این هماهنگی، یک میدان که حداقل باید با میدان اصلی هم‌قدرت باشد، در جهت مخالف اعمال شود. این پدیده به عنوان "پسماند"(hysteresis) شناخته می‌شود.

مدل فرانتس پریساک، با وجود اینکه 80 سال از عمر مطرح شدنش می‌گذشت، همچنان یک رمز و راز بود.

ویژگی این مواد باعث می‌شود که مواد مناسبی برای استفاده در حافظه‌های قابل بازنویسی مانند دیسک‌های سخت باشند.

دانشمندان به طور کامل مدل ریاضی ارائه شده توسط پریساک را درک نمی‌کنند. این مدل مواد فروالکتریک را به عنوان مجموعه‌ای از ماژول‌های کوچک مستقل به نام هیسترون(hysteron) معرفی می‌کند.

اما دانشمندان این سوال را مطرح کردند که این مواد چه هستند و چرا مواد فروالکتریک اینگونه عمل می‌کنند؟ به طرز باور نکردنی، راه حل توسط گروه تحقیقاتی به رهبری پروفسور مارتجین کمرینک با همکاری محققان دانشگاه آیندهون پیدا شد.

محققان دو سیستم بنیادی مدل فروالکتریک را مطالعه کردند و این توضیح را یافتند که به نظر می‌رسد پاسخ سوال در چگونگی تعامل و ارتباط مولکول‌های مواد فروالکتریک با یکدیگر است. آنها روی هم قرار می‌گیرند تا پشته‌هایی(stacks) را با عرض یک نانومتر و طول چندین نانومتر تشکیل دهند.

کمرینک می‌گوید: ما می‌توانیم ثابت کنیم که این پشته‌ها در واقع هیسترون‌های مورد نظر هستند. ترفند این است که آنها از اندازه‌های مختلفی برخوردار هستند و به شدت با یکدیگر همکاری می‌کنند و فعل و انفعال دارند، چرا که آنها خیلی نزدیک به هم هستند.

وی افزود: جدا از سایز مخصوص به خود، هر پشته محیط مختلفی را احساس می‌کند که نشان می‌دهد مدل پریساک درست است.

موفقیت‌هایی که توسط این تحقیق به دست آمده است، می‌تواند درک و استفاده از مواد فروالکتریک را در برنامه‌های ذخیره‌سازی داده معمولی و چند بیتی گسترش دهد.این تحقیق در مجله Nature Communications منتشر شده است.

No tags for this post.