13. 06. 2025 JiP

Od bakalářské práce k publikaci: Objev moiré feroelektricity v krystalech s nesouměřitelnou strukturou

Od bakalářské práce k publikaci: Objev moiré feroelektricity v krystalech s nesouměřitelnou strukturou

Skupinám Kláry Uhlířové a Tima Verhagena se povedlo jako prvním objevit morié feroelektricitu v monokrystalech chalkogenidů s nesouměřitelnou krystalovou strukturou [1], konkrétně v modelové sloučenině (PbS)1,11VS2. Ač má sloučenina nepolární strukturu, díky četným strukturním chybám, dvojčatění, vznikají polární rozhraní s rozmanitou strukturou, jež můžeme mikroskopickými metodami pozorovat nejsnáze na površích štípnutých vzorků, avšak existují v celém jejich objemu. K objevu toho jevu došlo v rámci řešní bakalářšké práce [2], k publikaci [1] však byla cesta delší. Unikátnost tohoto objevu tkví v tom, že narozdíl od uměle vytvořených mřížek můžeme feroelektricitu snadno studovat v přirozeně vyrostlých monokrystalech. Povedlo se tak ukázat lokální polarizovatelnost materiálu pomocí piezoresponse mikroskopie [2], v rámci řešení dizertační a diplomové práce pak byla provedena studie polarizovatelnosti elektronovým svazkem [4,5]. V další studii [6] pak odhalili katalytické chování domén s určitou polarizací. Neméně zajímavé je i elektronstransportní a chování a další fyzikální vlastnosti, jež jsou předmětem dalšího studia.  

Moiré skluzová feroelektricita je nový jev vyskytující se v materiálech s van der Waalsovými vazbami. Teoreticky byla moiré feroelektricita předpovězena v roce 2017, experimentální potrvzení přišlo o dva roky později na uměle vytvořených mřížkách (heterostrukturách). Objev moiré skluzové feroelektricity přináší nové možnosti pro přípavu mutliferoických materiálů s unikátními vlastnostmi jako je například feroelektrický jev v kovech nebo záporný piezoelektrický jev. V klasických feroelektrikách jsou tyto vlastnosti nemyslitelné. Moiré struktury se dají "snadno" připravit z izolovaných vrstev materiálů s van der Waalsovými vazbami (kam patří grafit a z něj vyrobený nejznámější 2D materiál grafén). Díky slabým van der Waalsovým vazbám je možné jednotlivé vrstvy vůči sobě posouvat (otáčet). Pro malé úhly otočení pak vzniká každému známá moiré struktura (která je často nežádoucím jevem např. v obrazové technice).  Pokud moiré strukturu vytvoříme z monovrstev materiálu, který má vhodnou symetrii, můžeme docílit nejen feroelektricity, ale i dalších velmi zajímavých fyzikálních vlastností.  

[1] C. A. Correa, J. Volný, K. Tetalová, K. Uhlířová, V. Petříček, M. Vondráček, J. Honolka, T. Verhagen, Sliding ferroelectricity in a bulk misfit layer compound (PbS)1.11VS2, Phys. Rev. Lett.

[2] K. Tetalová, Morfologie a fyzikální vlastnosti VPbS3, vrstevnaté sloučeniny s nesouměřitelnou krystalovou strukturou, Charles University, 2022

[3]  C. Antunes Corrêa, J. Volný, K. Uhlířová, T. Verhagen, Mapping Sliding Ferroelectricity in Bulk (PbS)1.11VS2, Crystals Phys. Status Solidi RRL

[4]  K. Tetalová, Přepínání elektrické polarizace v moiré feroelektrikách pomocí expozice elektronovým svazkem, Charles University, 2024

[5] J. Volný, K. Tetalová, C. Antunes Corrêa, T. Verhagen, K. Uhlířová: Domain writing in sliding ferroelectric compound (PbS)1.11VS2 using electron-beam lithography, Phys. Rev. Appl.

[6] J. Vaníčková, K. Uhlířová, J. Volný, T. Verhagen, Sliding Ferroelectric Catalyst for Carbon Nanoparticle Generation, ACS Applied Nano Materials