Polarny metal
Metal polarny , metaliczny ferroelektryk lub metal ferroelektryczny to metal , który zawiera elektryczny moment dipolowy . Jego elementy mają uporządkowany dipol elektryczny. Takie metale powinny być nieoczekiwane, ponieważ ładunek powinien przewodzić przez wolne elektrony w metalu i neutralizować ładunek spolaryzowany. Jednak one istnieją. Prawdopodobnie pierwszy opis metalu polarnego dotyczył monokryształów nadprzewodników miedzianowych YBa 2 Cu 3 O 7−δ ,. Zaobserwowano polaryzację wzdłuż jednej osi (001) za pomocą pomiarów efektu piroelektrycznego i wykazano, że znak polaryzacji jest odwracalny, podczas gdy jej wielkość można zwiększyć, stosując pole elektryczne. Stwierdzono, że polaryzacja zanika w stanie nadprzewodzącym. Uznano, że odpowiedzialne zniekształcenia sieci są wynikiem przemieszczeń jonów tlenu wywołanych przez domieszkowane ładunki, które łamią symetrię inwersji. Efekt ten wykorzystano do produkcji detektorów piroelektrycznych do zastosowań kosmicznych, których zaletą jest duży współczynnik piroelektryczny i niska rezystancja własna. Inną rodziną substancji, która może wytwarzać metal polarny, jest perowskity niklowe . Jednym z przykładów interpretowanych w celu pokazania polarnego metalicznego zachowania jest nikiel lantanu, LaNiO 3 . Cienka warstwa LaNiO 3 narosła na (111) krystalicznej powierzchni glinianu lantanu (LaAlO 3 ) została zinterpretowana jako materiał zarówno przewodnikowy, jak i polarny w temperaturze pokojowej. Rezystywność tego układu wykazuje jednak wzrost wraz ze spadkiem temperatury, stąd nie jest ściśle zgodna z definicją metalu. Ponadto, gdy rośnie do grubości 3 lub 4 komórek elementarnych (1-2 nm) na (100) kryształowej powierzchni LaAlO 3 , LaNiO 3 może być izolatorem polarnym lub metalem polarnym, w zależności od zakończenia atomowego powierzchni. Osmian litu, LiOsO 3 również przechodzi przemianę ferroelektryczną , gdy jest schładzany poniżej 140 K. Grupa punktowa R3c zmienia R3c się z na tracąc swoją centrosymetrię. W temperaturze pokojowej i niższej osmian litu jest przewodnikiem elektrycznym w postaci monokrystalicznej, polikrystalicznej lub proszku, a postać ferroelektryczna pojawia się dopiero poniżej 140 K. Powyżej 140K materiał zachowuje się jak normalny metal. Sztuczny dwuwymiarowy metal polarny poprzez przeniesienie ładunku na izolator ferroelektryczny został zrealizowany w złożonych heterostrukturach tlenkowych LaAlO 3 /Ba 0,8 Sr 0,2 TiO 3 /SrTiO 3 .
Natywną metaliczność i ferroelektryczność obserwowano w temperaturze pokojowej w monokrystalicznym ditelluryku wolframu (WTe 2 ); dichalkogenek metalu przejściowego (TMDC). Posiada bistabilne i elektrycznie przełączane spontaniczne stany polaryzacji wskazujące na ferroelektryczność. Współistnienie metalicznego zachowania i przełączalnej polaryzacji elektrycznej w WTe 2 , który jest materiałem warstwowym , zaobserwowano w granicy małej grubości dwu- i trójwarstwowych. Obliczenia sugerują, że pochodzi to z pionowego transferu ładunku między warstwami, który jest przełączany przez przesuwanie między warstwami. W kwietniu 2022 r. Zgłoszono inny metal polarny w temperaturze pokojowej, który również był magnetyczny, zaobserwowano skyrmiony i efekt Rashby – Edelsteina .
PW Anderson i EI Blount przewidzieli, że metal ferroelektryczny może istnieć w 1965 roku. Zainspirowali ich do poczynienia tej prognozy na podstawie przejść nadprzewodzących i przejścia ferroelektrycznego w tytanianie baru . Przewidywano, że atomy nie poruszają się daleko i występuje tylko niewielka niesymetryczna deformacja kryształu, powiedzmy od sześciennego do tetragonalnego. To przejście nazwali martenzytycznym. Zaproponowali przyjrzenie się sodowo-wolframowemu brązowi i stop InTl. Zdali sobie sprawę, że swobodne elektrony w metalu zneutralizowałyby efekt polaryzacji na poziomie globalnym, ale elektrony przewodzące nie wpływają silnie na poprzeczne fonony optyczne ani lokalne pole elektryczne nieodłącznie związane z ferroelektrycznością .