Учёные из Уральского федерального университета (УрФУ) совместно с Институтом химии твёрдого тела (ИХТ) УрО РАН получили новые данные о свойствах титаната кальция-меди. Данный полупроводник способен накапливать большое количество энергии под действием электрического поля. Результаты нового исследования помогут разработать целый ряд новых элементов для микроэлектроники и создать концепцию, объясняющую уникальные свойства материала. Само исследование опубликовано в Journal of Physics and Chemistry of Solids.

Титанат кальция-меди — давно известный полупроводник. Для него одновременно характерны электропроводимость и диэлектрическая проницаемость, в 1000–10000 раз превосходящая показатели других материалов с таким же эффектом. И данное свойство такого полупроводника известно уже более 20 лет, объяснения этому феномену до сих пор не было дано. И вот учёные из УрФУ и ИХТ УрО РАН исследовали ряд оксидов на основе титаната кальция-меди и уточнили объяснение его свойств, после чего приступили к созданию новой концепции, объясняющей феномен. Также им удалось найти способ обработки титаната кальция-меди в условиях высоких давлений и температур, после увеличивающий диэлектрическую проницаемость материала в 10 раз.

Нина Мельникова

Доцент кафедры физики конденсированного состояния и наноразмерных систем УрФУ

«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 зёрен и процессы поляризации внутри них. Хотя наши результаты подкрепляют NBLC, мы работаем над созданием более общей модели, учитывающей сильные стороны обеих предшественниц».

Как утверждают учёные, десятикратный прирост диэлектрической проницаемости в их экспериментах был обусловлен именно увеличением размеров зёрен вещества. И вся совокупность полученных исследователями данных не вписывается ни в одну из моделей полностью, и это указывает на необходимость разработки нового объяснения данного феномена.

Абдулло Мирзорахимов

Ведущий инженер кафедры физики конденсированного состояния и наноразмерных систем УрФУ

«Керамические изделия из титаната кальция-меди, 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».

Специалисты объясняют, что на основе перечисленных элементов, состоящих из титаната кальция-меди с мелким зерном, можно создать новые системы оперативной памяти и многослойных конденсаторов, широко востребованных сейчас в электронике. Также керамика с крупным зерном будет полезна при защите линий электропередачи и другой электроники от скачков напряжения.

Производство озвученных элементов электроники полностью реализуемо на базе российских технологий и производственных мощностей, по словам учёных.

Научный коллектив будет продолжать работы по объяснению феномена высокой диэлектрической проводимости титаната кальция-меди и получать новые материалы на его основе.

Учёные из УрФУ и ИХТ УрО РАН улучшили свойства титаната кальция-меди