На кремнии впервые выращены сверхрешетки с полярными вихрями без свинца

Физики из Берлинского центра материалов и энергии (HZB) впервые получили полярные вихри в сверхрешетках (BaTiO₃/SrTiO₃)₁₀ на кремниевой подложке. Это расширяет круг материалов и подложек, на которых возможны полярные топологические структуры, и открывает путь к встраиванию сложных сегнетоэлектрических состояний в кремниевые технологии. Об этом сообщает портал Phys.org.

Ранее подобные вихри наблюдали почти исключительно в свинецсодержащих сверхрешетках на оксидных подложках. Группа под руководством физика HZB доктора Кэтрин Дюбурдье вырастила эпитаксиальные слои титанатов бария и стронция на кремнии методом молекулярно-пучковой эпитаксии. С помощью просвечивающего электронного микроскопа и анализа на источнике синхротронного излучения PETRA III в Гамбурге ученые подтвердили регулярную структуру из вихревых трубок.

Вихри в каждом слое BaTiO₃ выстраиваются вдоль кристаллографического направления и образуют устойчивый полосатый узор. Кремниевая подложка создает механическое напряжение, необходимое для формирования вихрей. При нагреве образцов происходит фазовый переход, и полярная текстура исчезает, но при охлаждении до комнатной температуры она восстанавливается.

Моделирование фазового поля, выполненное группой профессора Лонг-Куинга Чена из Университета штата Пенсильвания, объясняет, как вихревые трубки выстраиваются в зависимости от напряжения. «Это первая реализация периодически упорядоченных вихрей в сверхрешетках BaTiO₃ на кремнии. Собственно, кремний — ключевой элемент, он обеспечивает необходимое напряжение для возникновения вихревого узора», — говорит докторант Валентин Хевельке, первый автор исследования.