Российские исследователи изучили свойства уникального полупроводника — титаната кальция-меди — и сделали так, чтобы он накапливал в 10 раз больше энергии. Для этого нужно обработать материал в условиях высокого давления и температур. Разработка позволит использовать титанат кальция-меди в электронике, чтобы, например, защищать линии электропередач от скачков напряжения. Исследование опубликовано в Journal of Physics and Chemistry of Solids.
Некоторые материалы обладают такой средой, в которой под влиянием электрического тока заряды смещаются — это называется поляризацией. Из-за этого атомы накапливают энергию. Чем больше среда может поглотить энергии, тем выше ее диэлектрическая проницаемость. Этот показатель особенно высок у титаната кальция-меди — хорошо известного ученым полупроводника. Такое сочетание свойств этого материала было известно уже более 20 лет, однако пока что было не понятно, чем обусловлен этот эффект.
Ученые УрФУ и ИХТ УрО РАН исследовали оксиды на основе титаната кальция-меди и уточнили свойства этого «волшебного» материала. Они попытались разработать новую концепцию, которая объяснит феномен этого вещества. Более того, исследователи нашли способ, который с помощью высокого давления и температур улучшает диэлектрическую проницаемость титаната кальция-меди в 10 раз.
«Две главные модели, объясняющие феномен титаната кальция-меди, — IBLC, считающая приоритетным фактором диэлектрической проницаемости размер границ между зернами, из которых состоит материал, и процессы поляризации в области этих границ, и NBLC, считающая, что значение имеют размеры самих зерен и процессы поляризации внутри них. Хотя наши результаты подкрепляют NBLC, мы работаем над созданием более общей модели, учитывающей сильные стороны обеих предшественниц», — объяснила доцент кафедры физики конденсированного состояния и наноразмерных систем УрФУ Нина Мельникова.
Ученые считают, что причина такого десятикратного увеличения диэлектрической проницаемости заключается в том, что из-за обработки в определенных условиях существенно увеличиваются зерна вещества.
«Керамические изделия из этого вещества, обработанного по нашей технологии, имеют большой потенциал в микроэлектронике в качестве элементов для накопителей энергии с большим диапазоном температур, в качестве среды для миниатюрных конденсаторов или в качестве полупроводниковых резисторов с нелинейным сопротивлением», — рассказал ведущий инженер кафедры физики конденсированного состояния и наноразмерных систем УрФУ Абдулло Мирзорахимов.
Ученые отметили, что материал с мелким зерном можно будет применять в сфере электроники, например создавать с его помощью новые системы оперативной памяти и многослойные конденсаторов. А титанат кальция-меди с крупным зерном пригодится при защите электроники от скачков напряжения.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
