Многослойные керамические конденсаторы (MLCC), в которых используется сегнетоэлектрическая керамика, широко применяются в качестве электронных компонентов в различных устройствах, таких как смартфоны, персональные компьютеры, телевизоры и автомобильные системы.
С развитием мобильных устройств, бытовой техники и технологий Интернета вещей растёт спрос на то, чтобы MLCC становились более компактными, имели более высокую ёмкость и отличались большей надёжностью. MLCC состоят из чередующихся слоёв сегнетоэлектрического материала и внутренних электродов. В сегнетоэлектрических слоях есть домены с разными направлениями поляризации, а также интерфейсы доменов нанометрового масштаба.
Считается, что в этих интерфейсах доменов содержатся заряды, возникающие из-за изменений поляризации, а также компенсирующие заряды противоположной полярности, которые накапливаются для поддержания электрического нейтралитета.
Состояние этих зарядов влияет на такие явления, как реконфигурация доменов под действием приложенного напряжения и генерация тока утечки, что критически влияет на производительность и надёжность MLCC. Однако прямое измерение состояния заряда в интерфейсах доменов сегнетоэлектриков нанометрового масштаба было чрезвычайно сложной задачей.
Исследовательская группа под руководством доктора Такехито Секи, лектора Института инженерных инноваций, Школы инженерии Токийского университета, достигла прямого измерения распределения наномасштабного заряда, сформированного в интерфейсах доменов сегнетоэлектриков. Результаты опубликованы в Science Advances.
Это было достигнуто путём сочетания наблюдения за локализованным зарядом и наблюдения за атомными смещениями в масштабе пикометра (одной триллионной доли метра) с использованием современной электронной микроскопии. Это исследование знаменует собой значительный шаг к выяснению механизмов движения доменных интерфейсов и электропроводности в сегнетоэлектрических материалах.
Ожидается, что это приведёт к более глубокому пониманию внутренних свойств сегнетоэлектрических устройств и будет способствовать будущим достижениям в их производительности.
Результаты этой разработки были достигнуты в рамках исследовательского проекта «SHIBATA Ultra-atomic Resolution Electron Microscopy». В этом проекте JST стремится разработать новую технику измерения, которую можно назвать электронной микроскопией со сверхвысоким атомным разрешением, которая выходит за рамки обычной электронной микроскопии с атомным разрешением, позволяя одновременно наблюдать структуры атомного масштаба и распределения электромагнитных полей в диапазоне температур от чрезвычайно низких до высоких. Это позволит напрямую наблюдать происхождение материалов и биологических функций.
Предоставлено Japan Science and Technology Agency (JST).