Laboratório Nacional
de Luz Síncrotron

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Ciência

Nanoeletrônica controlada pela luz

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Pesquisa investiga o controle da polarização elétrica em cerâmicas ferroelétricas por meio da incidência de luz


Materiais chamados ferroelétricos tem a propriedade de manter uma polarização elétrica espontânea, reversível pela aplicação de um campo elétrico externo. Esses materiais são adicionalmente, piezoelétricos – insto é, induzem o acúmulo de cargas elétricas pela aplicação de stress mecânico – e piroelétricos –  induzem uma voltagem temporária pelo aquecimento ou resfriamento. Essas propriedades fazem dos materiais ferroelétricos úteis em diversas aplicações, como em sensores de vibração mecânica, em máquinas de ultrassom médicas, ou sensores de fogo e variações de temperatura.

Os materiais ferroelétricos apresentam uma estrutura dividida em domínios de diferentes polarizações orientadas em certas direções de simetria permitidas. Esses domínios se formam no material pelo equilíbrio entre despolarização eletrostática, tensão elástica e a energia das paredes de domínio, que são as regiões de interface entre diferentes domínios.

As paredes de domínio podem ter propriedades radicalmente diferentes dos domínios em si, e, através delas, é possível controlar a polarização dos domínios adjacentes, o que as torna promissoras para futuros elementos de circuitos nanoeletrônicos.

Nesse contexto, Fernando Rubio-Marcos e colaboradores [1] mostraram ser possível controlar, de forma reversível e não invasiva, os domínios ferroelétricos em materiais cerâmicos, por meio da interação entre luz e matéria. Materiais cerâmicos, ou policristalinos, são mais versáteis, baratos e de mais fácil fabricação que materiais monocristalinos. Dessa forma, a metodologia desenvolvida pelos pesquisadores tem potencial para aplicação na próxima geração da nanoeletrônica.

O grupo utilizou as instalações da linha de luz XRD1 de Difração de Raios X do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) para identificar a estrutura cristalina no material cerâmico, que está relacionada tanto à estrutura de domínios quanto à resposta funcional.

Fonte: [1] Fernando Rubio-Marcos, Adolfo Del Campo, Rocío E. Rojas-Hernandez, Mariola O. Ramírez, Rodrigo Parra, Rodrigo U. Ichikawa, Leandro A. Ramajo, Luisa E. Bausá and Jose F. Fernández. Experimental evidence of charged domain walls in lead-free ferroelectric ceramics: light-driven nanodomain switching, Nanoscale, 2018,10, 705-715. DOI: 10.1039/C7NR04304J