De donkere, rechte sporen vormen de grenzen tussen diverse kristallijne gebieden.
Op jacht naar technieken die het mogelijk maken steeds meer gegevens op steeds kleinere ruimte op te slaan, stootten onderzoekers van het Duitse onderzoekscentrum in Jülich op de domeinranden van bepaalde antiferroelektrische (niet-polaire) kristallijne materialen. Die materialen zijn in feite ongeschikt voor het opslaan van informatie. Die gebieden, die domeinen in kristallijne structuren begrenzen, zijn echter gepolariseerd, waardoor ze, in aanleg, gebruikt kunnen worden voor de opslag van gegevens in uiterst kleine gebiedjes. Dat spaart niet alleen opslagruimte, maar ook energie.
De Duitse onderzoekers werkten samen met onderzoekers van de polytechnische school Lausanne (Zwi), de Poolse universiteit van Silezië en de Xi’an Jiaotong-universiteit in China. Ze onderzochten de zogeheten antiferroelektrische kristallen met behulp van geavanceerde microscopen en rekenmodellen. Antiferroelektrische materialen bezitten geen elektrische polarisatie en lijken daarom ongeschikt voor het opslaan van gegevens, zo was tot nu toe het idee. Het blijkt nu dus dat dat niet geldt voor de domeinranden. Die blijken over ferroelektrische eigenschappen te beschikken en dus polariseerbaar (‘ompoolbaar’) te zijn.
Ferroelektriciteit ontstaat door verschuivingen van negatieve of positieve ionen. Die leiden tot de vorming van elektrische dipolen. De grootte en richting van die dipolen, de polarisatie, kan veranderd worden met behulp van een elektrisch veld. Die toestand blijft zo tot de polariteit weer elektrisch wordt veranderd. Dat is in feite het schrijven en wissen van informatie. De ferromagnetische gebiedjes die de onderzoekers hebben gevonden zijn heel erg klein, in de orde van 2 nm (1 nm = 10-9 m). “In elk domein is er geen polarisatie door de steeds tegengestelde rangschikking van de dipolen in het kristal, maar de randen van de domeinen zijn polair”, zegt onderzoeker Xiankui Wei.
Met behulp van een elektronenmicroscoop met een resolutie op atoomniveau kon worden waargenomen dat die randen uniform gepolariseerd zijn. Om die polariseerbare gebiedjes te beschrijven is slechts een spanningspulsje nodig. Omdat dat geen stroom vergt zou dit materiaal minder energie vergen dan, de normale, magnetische opslagsystemen.
“Heel bijzonder aan dit fenomeen is de manier waarop de randen zijn gepositioneerd”, zegt Nava Setter van de polytechnische school Lausanne. “Onder een microscoop kun je zien dat de kristaldomeinen worden gescheiden door lange, parallelle randen. De positie daarvan varieert. Bij het aanleggen van een inhomogeen elektrisch veld bewegen die randen naar elkaar toe of van elkaar af. We moeten dat fenomeen nog eens nauwkeuriger bekijken. De stuurbaarheid van die randen opent misschien nieuwe toepassingsmogelijkheden.”
Bron: Science Daily