Pertanyaan tentang mengembangkan cara menyimpan listrik di abad ke-21 telah menjadi sangat akut - para ilmuwan dari seluruh dunia memeras otak mereka tentang bagaimana membuat baterai lebih luas. Laboratorium Penelitian Angkatan Darat AS telah membuat langkah besar dalam menciptakan film hafnate timbal anti-ferroelektrik terbaik. Senyawa ini, yang sulit diperoleh, memiliki potensi besar untuk digunakan dalam baterai dan katup listrik.
Diperbarui 20 Mei: menambahkan tautan ke publikasi di jurnal peer-review APL Materials dan mengoreksi paragraf terakhir.
Laboratorium Penelitian Angkatan Darat (ARL) membagikan berita tentang pembukaan yang menjanjikan dalam siaran pers baru-baru ini (tautan mungkin tidak tersedia dari Rusia). Portal Debrief juga menulis tentang metode baru untuk memproduksi film tipis dari timbal hafnate (PbHf03). Sebagai ilmuwan material ARL Dr. Brendan Hanrahan berkomentar di pos, "Material antiferro sangat berguna ketika Anda membutuhkan cara yang baik untuk mendapatkan dorongan kuat untuk railgun atau defibrillator Anda." Selain itu, karena kemampuannya yang sangat baik untuk menyerap sinyal berosilasi, mereka membuat filter listrik yang sangat baik.
Ilmuwan ARL menggunakan Deposisi Lapisan Atom untuk membuat film hafnate timbal tertipis. Demikian juga, perusahaan seperti Intel, Samsung, dan TSMC menerapkan antiferroelektrik berbasis zirkonium untuk memproduksi wafer silikon untuk chip. Tetapi para ahli tentara harus bekerja keras untuk mengadaptasi teknik untuk PbHf03. Rincian metode dijelaskan dalam artikel ilmiah yang diterbitkan dalam jurnal APL Materials. Apa langkah laboratorium selanjutnya juga belum jelas - teknologinya jelas jauh dari implementasi industri. Tetapi mengingat potensi manfaat dalam bentuk superkapasitor yang jauh lebih besar dan komponen mikroelektronika yang andal, pekerjaan pasti tidak akan berhenti.
Apa yang paling menarik, sampai batas tertentu, para ilmuwan Amerika didorong untuk hasil seperti itu oleh rekan-rekan Rusia mereka. Terlepas dari kenyataan bahwa hafnate timbal telah dikenal sejak pertengahan abad ke-20, sifat anti-ferroelektriknya baru dikonfirmasi pada tahun 2019. Sebuah pekerjaan penting dilakukan oleh tim fisikawan dari Universitas Politeknik St. Petersburg. Setelah penelitian ini, penggunaan PbHf03 dalam eksperimen baru tinggal menunggu waktu.
Untuk waktu yang lama, para ilmuwan tidak memperhatikan senyawa hafnium karena tidak dapat diaksesnya. Meskipun ditemukan di alam dalam bijih yang sama dengan zirkonium, ternyata cukup sulit untuk mengekstraknya. Hanya pada awal tahun 2000-an, produksi global hafnium cukup naik sehingga harga logam langka ini turun, dan jumlahnya cukup tidak hanya untuk industri, tetapi juga untuk laboratorium. Dalam beberapa tahun terakhir, semakin banyak detail menarik tentang hafnium dan senyawanya telah terungkap. Dan, tampaknya, sifat anti-ferroelektrik jauh dari kejutan terakhir yang menunggu para peneliti.
Antiferroelectrics adalah bahan di mana, dalam kondisi tertentu, momen dipol listrik sel unit tetangga dari kisi kristal berorientasi cermin. Ini terjadi ketika, di bawah aksi medan listrik, kation logam dan anion oksigen dari setiap sel menyimpang satu sama lain dalam arah yang berlawanan. Dengan kata lain, orientasi ini dapat digambarkan sebagai tumpukan baterai yang sangat kecil, yang ditumpuk secara bergantian dengan kutub yang berlawanan di satu sisi. Jika medan listrik diterapkan pada bahan antiferroelektrik, ia menjadi terpolarisasi, dan dengan meningkatnya energi, ia berubah menjadi keadaan feroelektrik. Efek ini dapat digunakan untuk menyimpan muatan dan mengontrol aliran arus.