Un ordenamiento novedoso de los materiales ferroeléctricos en la nanoescala

M. G. STACHIOTTI; M. SEPLIARSKY

Montevideo

Congreso; 96 Reunión AFA; 2011

<!-- @page { margin: 2cm } P { margin-bottom: 0.21cm } --> Estudios realizados sobre efectos de tamaño en partículas ultrafinas de óxidos ferroeléctricos han sugerido fuertemente la presencia de un tamaño crítico, que se estima del orden de varias decenas de nanómetros, por debajo del cual el estado ferroeléctrico se torna inestable. Este comportamiento indicaría que los ferroeléctricos no son útiles por debajo de esa dimensión crítica, limitando su importancia en futuras tecnologías. Las nanoestructuras ferroeléctricas también son atractivas desde un punto de vista fundamental, ya que se han puesto de manifiesto características novedosas intrínsecas al tamaño nanométrico, tal como la predicción de estados de vórtices de polarización en nanoestructuras. Los materiales ferroeléctricos en general forman estructuras de dominios para reducir la energía del campo de depolarización. En los sistemas muy pequeños, sin embargo, la formación de las paredes de dominio no es energéticamente favorable, y se ha encontrado que la polarización rota formando un estado de vórtice. En este trabajo realizamos investigaciones tendientes a determinar el tamaño crítico para la aparición de ferroelectricidad en nanoceldas de PbTiO3 utilizando un modelo atomístico basado en cálculos ab-initio. Los resultados indican que el estado ferroeléctrico puede ser estabilizado en nanopartículas de unas pocas constantes de red de dimensión, siendo la relación de aspecto de la nanoestructura el parámetro clave para la estabilización del estado polar. Mostramos además que la ferroelectricidad en la nanoescala se genera a partir de un ordenamiento geométrico novedoso, el cual involucra transformaciones topológicas que producen el alineamiento de vórtices de polarización formando una especie de doughnut (rosquilla), la cual concentra la región ferroeléctrica  en su centro. A esta característica la bautizamos con el nombre de ferroelectricidad toroidal.