Neu Forschung von Forschern der Universitäten in Linköping und Eindhoven haben erstmals erfolgreich gezeigt, dass hypothetische „Partikel“, die 1935 von Franz Preisach vorgeschlagen wurden, tatsächlich existieren. Das Forschungspapier des Wissenschaftlers zeigt, warum ferroelektrische Materialien so wirken, wie sie es tun.
Ferroelektrizität ist eng mit Ferromagnetismus verbunden. Übliche ferromagnetische Materialien sind Eisen, Kobalt und Nickel. In diesen Materialien wirken die Elektronen als kleine Magnete, sogenannte Dipole mit Nord- und Südpol.
Ferroelektrische Materialien finden Anwendung auf Festplatten
In einem Ferroelektrikum sind die Dipole nicht magnetisch, sondern elektrisch und haben einen positiven und einen negativen Pol. Diese Pole sind zufällig, wenn kein ausreichend starkes Feld angelegt wird. Dann richten sich die Dipole an diesem Feld aus.
Dieses Feld wird als Koerzitivfeld oder kritisches Feld bezeichnet. Ferroische Materialien behalten ihre Ausrichtung auch dann bei, wenn das Feld entfernt wird; das Material ist permanent polarisiert.
Um diese Ausrichtung zu ändern, muss ein Feld, das mindestens so stark wie das Original ist, in die entgegengesetzte Richtung angelegt werden. Dieses Phänomen wird als Hysterese oder als Idee bezeichnet, dass sich ein Material entsprechend dem verhält, was zuvor mit ihm geschehen ist.
Franz Preisachs Modell ist trotz seines Alters von 80 Jahren ein Rätsel
Diese Eigenschaft macht diese Materialien perfekt für wiederbeschreibbare Speicher, wie sie beispielsweise auf Festplatten verwendet werden. Trotz eines Modells für Ferroelektrizität und Ferromagnetismus, das der deutsche Forscher Franz Preisach bereits 1935 entwickelt hat.
Wissenschaftler haben das von Preisach entworfene rein mathematische Modell nicht vollständig verstanden. Das Modell beschreibt ferroische Materialien als eine Sammlung kleiner unabhängiger Module, die Hysteronen genannt werden.
Aber Wissenschaftler haben in Frage gestellt, was diese sind und warum ferroelektrische Materialien so funktionieren wie sie? Unglaublicherweise wurde die Lösung von der Forschungsgruppe von Professor Martijn Kemerink Komplexe Materialien und Geräte an der LiU in Zusammenarbeit mit Forschern von gefundender Universität Eindhoven.
Gemeinsam untersuchten die Forscher zwei organische ferroelektrische Modellsysteme und fanden die Erklärung. Es scheint, dass die Antwort in der Art und Weise liegt, in der die Moleküle ferroelektrischer Materialien miteinander in Beziehung stehen. Sie liegen übereinander und bilden Stapel mit einer Breite von etwa einem Nanometer und mehrerenNanometer lang.
"Wir konnten beweisen, dass diese Stapel tatsächlich die begehrten Hysteronen sind. Der Trick besteht darin, dass sie unterschiedliche Größen haben und stark miteinander interagieren, da sie so dicht gepackt sind. Abgesehen von ihrer eigenen einzigartigen Größe ist jeder Stapel daher ´fühlt eine andere Umgebung von anderen Stapeln, was die Preisach-Verteilung erklärt, " sagt Martijn Kemerink.
Die Erkenntnisse dieser neuesten Forschung können das Verständnis und die Verwendung ferroelektrischer Materialien sowohl für konventionelle als auch für Mehrbit-Datenspeicheranwendungen erweitern. Die Forschung wurde in Nature Communications veröffentlicht.
Via : Natur