Funkcjonalne tlenki do nowych urządzeń
Aktualne zainteresowanie świata nauki i przemysłu tlenkami funkcjonalnymi związane jest z ich licznymi zastosowaniami, na przykład w urządzeniach pamięciowych, elektronice o wysokiej częstotliwości oraz dostrajalnych urządzeniach mikrofalowych. Najważniejszą zaletą tych urządzeń jest prędkość przełączania, natomiast wadą są wolne procesy relaksacji. Nanskalowe struktury powierzchni aktywnych i granice międzyfazowe odgrywają zasadniczą rolę w funkcjonalności tlenków. W ramach finansowanego ze środków UE projektu "Electron probing of functional oxides" (EPOFO) naukowcy badali defekty strukturalne połączeń międzyfazowych tlenków funkcjonalnych w konfiguracjach urządzeń cienkowarstwowych, a także sondowali niedobór tlenu na tych granicach. Ponadto uczeni zidentyfikowali i ocenili doświadczalnie rozkład ładunków w przestrzeni, wynikających z tych defektów i obniżających właściwości funkcjonalne na granicach i powierzchniach. Poprzez te działania uczestnicy projektu EPOFO starali się wyjaśnić rolę defektów strukturalnych, niedoboru tlenu oraz rozkładu przestrzennego ładunków w regulacji procesów relaksacji. Aby podjąć ważne kwestie determinujące właściwości nanocząsteczkowych systemów tlenków funkcjonalnych i heterostruktur cienkowarstwowych, badacze ocenili różne techniki transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Dane z TEM zostały dokładnie przeanalizowane przy użyciu obliczeń teoretycznych. Wiadomo, że działanie katalityczne nanocząsteczek jest bezpośrednio powiązane z miejscami aktywnymi na powierzchni, uczestniczącymi w reakcji. Przy pomocy TEM oraz spektroskopii strat energii elektronów naukowcy scharakteryzowali powierzchnię perowskitowych katalizatorów tlenkowych, których mechanizmy reakcji nie były wówczas znane. Wnioski uzyskane przy pomocy analizy metodą teorii funkcjonału gęstości okazały się ważne, ponieważ katalizatory te mają największe szanse, by zastąpić konwencjonalne drogie katalizatory metalowe. Inne ustalenia dotyczą braku odpowiedniego odkształcenia sprężystego w silnym sprzężeniu magnetoelektrycznym na granicy układu ferroelektrycznego oraz ferromagnetycznego tlenku funkcjonalnego. Mimo to, wyniki badań potwierdziły wystarczającą aktywność chemiczną między dwoma tlenkami, która mogłaby doprowadzić do syntezy złożonych sztucznych granic faz. Projekt EPOFO przyczynił się do optymalizacji przyszłych syntetycznych struktur tlenkowych, które można będzie z powodzeniem wykorzystać w sprawnych urządzeniach. Nanoskalowa kontrola struktur przydałaby się do dalszego zbadania prędkości przełączania tych urządzeń.
