Решена е 20-годишна мистерия: триизмерен вихър е открит в сегнетоелектриците
Наноматериалите ще усилят потенциала на запаметяващите устройства с над 10 000 пъти спрямо актуалните решения.
Материалите, които могат да поддържат намагнетизирано положение без външно магнитно поле, се назовават феромагнити. Фероелектриците са техният електрически аналог, защото могат да поддържат поляризирано положение без външно електрическо поле.
Известно е, че феромагнитите губят магнитните си свойства, когато са сведени до наноразмер. Въпросът какво се случва с фероелектриците при такова понижаване на размера дълго време остана противоречив.
Изследователска група, ръководена от доктор Йонгсу Янг от Катедрата по физика в KAIST, за първи път пробно обясни триизмерното, сходно на ураган систематизиране на поляризацията във фероелектричните наночастици в границите на интернационално съдействие с POSTECH, SNU, KBSI, LBNL и Университета в Арканзас.
Това проучване е оповестено в Nature Communications в публикацията „ Unravelling the three-dimensional arrangement of polar topology in nanoparticles “ („ Разкриване на триизмерното разположение на полярната топология в наночастиците “).
Преди към 20 години професор Лоран Белеш (сега в Университета на Арканзас) и сътрудниците му теоретично предвидиха, че във фероелектричните наночастици може да възникне неповторима форма на систематизиране на поляризацията под формата на тороидален ураган. Те също по този начин изричат хипотезата, че в случай че това систематизиране може да бъде следено, ще могат да бъдат основани запаметяващи устройства със свръхвисока компактност и потенциал над 10 000 пъти по-голям от в този момент съществуващите.
Експерименталното удостоверение на тази доктрина обаче не можеше да бъде получено заради компликациите при измерването на триизмерното систематизиране на поляризацията във фероелектрични наноструктури. Изследователската група на KAIST реши този проблем благодарение на техниката на атомната електронна томография.
Тази техника работи посредством снимане на изображения с атомна разграничителна дарба на наноматериали под разнообразни ъгли на надолнище и по-късно ги реконструира в триизмерни структури благодарение на усъвършенствани логаритми за реорганизация.
Атомната електронна томография всъщност е сходна на техниките на компютърната томография, употребявани в медицината за триизмерно обрисуване на вътрешните органи. Екипът на KAIST я е приспособил за проучване на наноматериалите на равнище обособени атоми.
С помощта на тази атомна електронна томография откривателите напълно мериха в три измерения позицията на катионните атоми в наночастиците от бариев титанат (BaTiO3), добре прочут фероелектричен материал. На базата на точно избраните триизмерни атомни структури те съумяха да изчислят вътрешното триизмерно систематизиране на поляризацията на равнище обособени атоми.
Анализът на разпределението на поляризацията за първи път пробно удостовери съществуването на топологични подредби като вихри, антивихри, скирмиони и точка на Блох вътре в нулевомерните фероелектрици, както беше теоретично планувано преди 20 години. Освен това беше открито, че броят на вътрешните вихри може да се управлява според от техния размер.
Професор Сергей Просандев и професор Беллеш, които теоретично предсказаха подреждането на полярните вихри преди 20 години, се включиха в това проучване и потвърдиха, че пробните резултати съответстват с теоретичните калкулации.
Благодарение на опцията за акуратен надзор на броя и ориентацията на поляризационните разпределения се чака тези новаторски материали да станат основа на идващото потомство устройства за предпазване с невиждано висока компактност на записа. Използвайки актуалните достижения в региона на наноматериалите, тези устройства ще могат да съхраняват над 10 000 пъти повече информация в същия размер в съпоставяне със сегашните решения за предпазване на данните.
Това изобретение освен доста ще разшири опциите за запазване на непрестанно възходящите количества цифрови данни, само че може да докара и до трагични промени в региона на компютърните технологии и системите за обработка на информация. Миниатюрните устройства за предпазване на данни със свръхголям потенциал ще проправят пътя към по-малки, по-енергийно ефикасни и по-производителни компютърни системи, като по този метод ще подтикват по-нататъшния софтуерен прогрес.
Комерсиализацията на тези обещаващи материали би могла да бъде същинска гражданска война в съхранението и обработката на данни, позволявайки експоненциално повишаване на потенциала за предпазване при опазване на компактни размери.
