تحولٌ عكسي في أنماط نطاق المتاهة في الطبقات الكهروحديدية الرقيقة

عملية الفصل الطَّوْري هي عمليةٌ قائمة على تعاوُن، تساعد آلياتها الحركية التفاعلية في التشكُّل المنتظم لأنماط نطاق بمقاييس ميزوسكوبية. وقد تحدث ظاهرة كسر التناظُر العكسي النادرة غير المتوقعة في الأنظمة عالية التجمد والانحلال. وقد اكتُشِفَ من خلال التجارب حدوث تحوُّلات طَوْرية عكسية - طُرحت فكرتها قبل قرن - في موادٍ متباينة، بدءًا من المركبات البوليمرية والغروية، إلى المواد فائقة التوصيل عند درجات الحرارة الانتقالية العالية، والبروتينات، والطبقات المغناطيسية فائقة الرقة، والبلورات السائلة، والسبائك المعدنية، ما عدا استثناء ملحوظًا، وهو الأكاسيد الكهروحديدية، رغم النظريات والتجارب المفصلة التي تناولت تلك الأكاسيد.

وفي هذا البحث المنشور، يوضح الباحثون أنَّه بعد التبريد السريع لطبقات فائقة الرقة من مادة Pb(Zr_0.4Ti_0.6)O₃ إلى درجات الحرارة دون الحرجة، يُنتِج التجميع الذاتي غير المتوازن للنطاقات الكهروحديدية نمطًا يشبه المتاهة، يتسم بنطاقاتٍ شريطية متعرجة. وإضافةً إلى ذلك.. عند زيادة درجة الحرارة، يخضع طور المتاهة هذا - الذي يتسم بدرجة عالية من الانحلال - إلى تحوُّلٍ عكسي، يتحول فيه إلى البنية ذات النطاقات الشريطية المتوازية التي تتسم بقدرٍ أقل من التناظر، وذلك قبل بدء الاستقطاب المؤقت عند درجات الحرارة الأعلى. وقد وجد الباحثون أنَّ هذا التسلسل الطَّوْري يمكن أن يُعزى إلى إسهام جدران النطاق بصورة محسَّنة في الإنتروبيا، وأنَّ استقامة النطاق وخشونته مدفوعتان - في الغالب - بعملية استرخاء العيوب الطوبولوجية وانتشارها. وتشير عمليات النمذجة الحوسبية والمشاهدات التجريبية للتحول العكسي ثنائي القطب في مادة فيريت البزموت (BiFeO₃) إلى عمومية الظاهرة في الأكاسيد الكهروحديدية. وربما يمكن استخدام العدد الكبير من الحالات ذاتية التنظيم، والعيوب الطوبولوجية المتنوعة التي تجسدها، في تطبيقاتٍ تتجاوز التقنيات الحالية القائمة على النطاقات وجدرانها، من خلال توفير مبادئ تصميم جديدة في الأساس، ووظائف مُحسَّنة طوبولوجيًّا في الطبقات الكهروحديدية الرقيقة.