ナノ結晶合金:強誘電性と耐熱材料の前進
強誘電性のためのナノ結晶
強誘電性
強誘電性は1921年、ロッシェル塩で最初に観測されました。チタン酸バリウム(BaTiO3)は現代デバイスで用いられる典型的な強誘電体です。実際、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛など250以上の化合物が強誘電性を示します。これらの材料は外部電場で再配向可能な永久電気双極子を持ち、超薄膜強誘電体でのデジタル情報記憶を可能にします。 強誘電体材料の応用
強誘電化合物は、高性能キャパシタ、不揮発性メモリ、超音波イメージング用圧電トランスデューサー、電気光学データストレージ、サーミスタ、トランスポラライザー、発振器、フィルター、光偏向器、変調器、先進ディスプレイシステムなど幅広い技術を支えています。 ナノ構造金属
ナノ構造金属は極めて微細な粒径ゆえに顕著な特性を示します。しかし、粒界の高エネルギーにより安定ナノ結晶状態の維持は困難です。合金化はこのエネルギーペナルティを軽減しナノ構造を安定化する道を提供します。GeTeは半導体強誘電体、BaTiO3は古典的酸化物強誘電体です。ローレンスバークレー国立研究所とUCバークレーの研究者たちは、GeTeとBaTiO3の単一ナノクリスタルにおける強誘電歪みをマッピングし、テラビット/平方インチ密度の次世代不揮発性メモリへの可能性を明らかにしました。原子スケール歪みを直接イメージングすることで、単一ドメイン内で局所変位が直線的に秩序立っており、正味分極が保持されることを実証。これにより、分極反転と圧電性といった主要強誘電特性が数ナノメートル寸法まで持続することを確認し、将来のNEMSデバイス向けナノスケールアクチュエータとトランスデューサーを可能にします。 耐熱性のためのナノ結晶合金
MITの研究者たちは、1,000°C以上で安定なタングステン-チタンナノ結晶合金を開発しました。ナノ結晶金属は本質的にバルク対応より強靭ですが、高温で粒成長により安定性を失うことがあります。新合金は~20at.% Tiを含み、~20nm粒が1,100°Cでの長時間アニーリング後も卓越した強度を保持します。このような高温高強度材料は、衝撃耐性を要求される用途—産業機械、防護装甲、優れた耐食性と機械的性能を持つ次世代ナノ構造複合材—に理想的です。
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