Раскрыт секрет свойств важнейшего диэлектрического материала

Источник: tusur.ru

Ниобат серебра AgNbO₃ относится к классу керамических диэлектриков, которые используются для производства конденсаторов, фильтров и других базовых элементов устройств беспроводной связи. На практике применимость таких веществ определяется величинами диэлектрической постоянной и коэффициента диэлектрических потерь. Заметим, что в наиболее важном гигагерцовом диапазоне частот только ниобат серебра может обеспечить разработчику достаточно низкий уровень потерь, сопряженный с высоким значением диэлектрической постоянной.

Как показали проведенные ранее исследования, диэлектрические свойства AgNbO₃ имеют выраженную температурную зависимость, причем лучше всего материал проявляет себя как раз при температурах, приближенных к комнатной. Конкретные структурные изменения, формирующие эту зависимость, до сих пор оставались загадкой для ученых, поскольку никаких видимых трансформаций кристаллической решетки не происходило. «А все потому, что исследователи пользовались стандартными методиками, которые дают усредненную картину, — говорит Игорь Левин, сотрудник американского Национального института стандартов и технологии (National Institute of Standards and Technology, NIST). — Усреднение не позволяет зарегистрировать наноразмерные изменения».

Масштабные исследования, выполненные командой специалистов из NIST в соавторстве с коллегами из других научных центров США и Англии, наконец дали ученым возможность зафиксировать ничтожные отклонения атомов вещества от их изначальных положений, которые и приводят к изменению физических свойств диэлектрика. В своей работе физики объединили сразу несколько методик (образцы подвергались воздействию рентгеновского излучения, пучков нейтронов и электронов).

Обработка полученной информации открыла картину сложного взаимодействия между атомами кислорода, образующими восьмигранные структуры, и атомами ниобия, которые занимают положение в центрах восьмигранников. При высоких температурах атомы ниобия слегка смещаются (однако их усредненное во времени положение не изменяется); когда вещество остывает, сдвигаются уже атомы кислорода, вследствие чего октаэдры немного поворачиваются. В результате этого атомы ниобия оказываются (частично) «блокированы» в смещенной позиции; разупорядочение структуры приводит к изменению диэлектрических свойств.

По мнению исследователей, такие результаты говорят о существовании потенциальной возможности искусственного модифицирования свойств других соединений с целью улучшения их диэлектрических показателей.