Группа физиков из США охарактеризовала сегнетоэлектрические свойства кристаллов нанометровых размеров. Сегнетоэлектриками называют материалы, приобретающие стабильную спонтанную электрическую поляризацию, переключаемую внешним полем. Такие характеристики делают их прямыми конкурентами ферромагнетиков, на базе которых сейчас создаются элементы энергонезависимой памяти. 

«От ферромагнетиков сегнетоэлектрики выгодно отличаются тем, что они — если их правильно использовать — должны обеспечивать много бóльшую плотность записи данных», — замечает участник работ Имэй Чжу (Yimei Zhu), сотрудник Брукхэвенской национальной лаборатории.

Чтобы оценить минимальные размеры отдельных битов сегнетоэлектрической памяти, авторы подготовили наночастицы теллурида германия GeTe и титаната бария BaTiO3. Эти кристаллы, содержащие единичный сегнетоэлектрический домен, изучались по методике электронной голографии, которая позволяет составить «карту» электрического поля в области исследуемого образца.

Поясним: голографическая методика основывается на том, что электрическое и магнитное поля внутри образца влияют на фазу электронного пучка. В ходе эксперимента на регистрирующую поверхность вместе с пучком, прошедшим сквозь сегнетоэлектрик, направляют когерентный контрольный пучок, шедший в вакууме, и получают интерференционную картину, которая фиксирует информацию о фазовом сдвиге. Затем это изображение обрабатывают на компьютере, в итоге формируя картину распределения поля.

Нанокристаллы под просвечивающим электронным микроскопом. A — частицы GeTe диаметром в 8 нм, В и С — «нанокубы» и «наносферы» BaTiO3 со средними размерами в 15 и 10 нм. Масштабные полоски — 20 нм. (Иллюстрации авторов работы.)

Как выяснилось, переключаемую и стабильную электрическую поляризацию при комнатной температуре сохраняют даже кристаллы размером в ~5 нм. Следовательно, поверхностная плотность записи данных на будущие сегнетоэлектрические носители вполне может достигать нескольких терабитов в пересчёте на квадратный дюйм.

Полный отчёт об экспериментах с нанокристаллами опубликован в журнале Nature Materials.