Jste zde

Nový přístup k přípravě vysoce laditelných mikrovlnných dielektrik

Vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR přispěli k vývoji nového materiálu Srn+1TinO3n+1 s vrstevnatou krystalovou strukturou. Tento materiál má ve formě tenkých 50 nm vrstev a pod mechanickým napětím vynikající vlastnosti, které ho předurčují k využití v mikrovlnné elektronice, např. v mobilních telefonech.
Moderní mikrovlnné filtry a rezonátory využívají v mobilních telefonech materiály, ve kterých se permitivita (materiálová konstanta, vyjadřující schopnost daného materiálu se elektricky polarizovat) ladí elektrickým polem. Nejvyššího ladění se dosahuje u feroelektrik (spontánně polarizované materiály, jejichž polarizace se dá přiklápět vnějším elektrickým polem) v blízkosti teploty přechodu z paraelektrické do feroelektrické fáze, protože při těchto teplotách je permitivita nejvyšší.
 
V současné době se technicky využívá hlavně Ba1-xSrxTiO3. Tento materiál vykazuje vysoké ladění permitivity, ale zároveň také nežádoucí vysoké dielektrické ztráty. Pracovníci oddělení dielektrik společně s americkými spolupracovníky teoreticky předpověděli, fyzicky připravili a experimentálně charakterizovali vrstevnatý perovskitový systém Srn+1TinO3n+1 s n=1-6. Ačkoli tento systém není v objemové formě (krystal, keramika) feroelektrický, ukázalo se, že ve formě tenkých vrstev s tahovým napětím 1 % se stává feroelektrický a jeho kritická teplota (Tc) roste s n. Díky tomu se jeho permitivita a elektrická laditelnost zvyšují.
 

Obrázek vrstevnaté krystalové struktury Srn+1TinO3n+1 s n=1-6, a teplotní závislost dielektrické permitivity v tenkých vrstvách Srn+1TinO3n+1. Teplota max. permitivity odpovídá teplotám přechodu do feroelektrického stavu.
 
Nejlepších vlastností se dosáhlo u Sr7Ti6O19, kde se za pokojové teploty pozorovala nejen vysoká laditelnost, ale i rekordně nízké dielektrické ztráty. Právě proto má pak tento materiál o řád lepší mikrovlnné vlastnosti než dosud nejlepší Ba1-xSrxTiO3. Zjistilo se, že zatímco v jiných systémech jsou dielektrické ztráty způsobeny strukturními defekty, které jsou v materiálech vždy přítomné, za nízkými dielektrickými ztrátami Srn+1TinO3n+1 stojí unikátní vrstevnatá krystalová struktura materiálu (viz obrázek), která dokáže „absorbovat“ strukturní defekty krystalové mřížky.
 
 
Zdroj: AV ČR 

 

Hodnocení článku: