Каждая элементарная частица стремится попасть в состояние, в котором её энергия будет минимальна. Именно поэтому электроны в первую очередь занимают ближайшие к ядру атома орбиты, а химические реакции происходят тогда, когда новое состояние системы оказывается более энергетически выгодным. Геометрической фрустрацией называется ситуация, в которой система не может перейти к состоянию наименьшей энергии, например, из-за противоречивых атомных сил, действующих в ней, или из-за особенностей строения кристаллической решётки вещества.
Хорошо изучено явление геометрической фрустрации в магнитных системах –оно приводит к формированию веществ с необычными свойствами, таких как спиновый лёд, в котором возникают магнитные заряды, не привязанные к определённым физическим носителям.
В исследовании, опубликованном 9 февраля в журналеNature,было показано, чтогеометрическая фрустрациянаблюдается и всегнетоэлектриках.Авторы работали ститанатом бария-стронция.С помощьюметодов Монте-Карло,позволяющих моделировать большое число возможных стохастических состояний, они изучали, как изменяются свойства кристаллической решётки при различных воздействиях. Выяснилось, что некоторыедомены в кристаллической решёткемогут проявлять нетипичное для сегнетоэлектриков поведение: вместо того чтобы оставаться в энергетически выгодном состоянии, электрические диполи самоорганизуются в сложныемикроструктуры.Совместная активность диполей приводит к формированию внутри вещества необычных структур –кривых линий, спиралей, зигзагов и так далее.
«Все эти причудливые изменения –это признак геометрической фрустрации, –приводит слова Нараяни Чаудхури (Narayani Choudhury), первого автора работы,сайт Арканзасского университета. –Это открывает путь к новой области исследования сегнетоэлектриков».
Сегнетоэлектрикисегодня широко применяются вмикроэлектронике,например, в мобильных телефонах или компьютерной памяти. Понимание того, при каких условиях в сегнетоэлектриках возникает геометрическая фрустрация и как именноона изменяет свойства материалов, может открыть совершенно новые сферы использования этих веществ.
Выполненная работа была основана накомпьютерных вычислениях,а на следующем этапе учёные планируют синтезировать сегнетоэлектрики, вызывать в них геометрическую фрустрацию и исследовать, как именно она изменяет свойства веществ.
«Чёрный ящик только что открылся, и внутри нас ожидает много интересного», –говорит Чаудхури.
Результаты исследований опубликованы в статье:
Narayani Choudhury, Laura Walizer, Sergey Lisenkov& L. Bellaiche.Geometric frustration in compositionally modulated ferroelectrics. – Nature. – 2011. – doi:10.1038/nature09752.
Комментариев нет:
Отправить комментарий