材料科学：次元数と欠陥低減を利用して、調節可能なマイクロ波誘電体を創出する

電気的に調節可能なフィルター、アンテナ、共振器、移相器に関連する、周波数アジャイルなマイクロ波回路を小型化し、マイクロエレクトロニクスと集積化すれば、興味深いデバイスが得られる可能性があるが、準静電場をかけてギガヘルツ周波数における誘電定数を調節できる薄膜が必要になる。Ba_xSr_1−xTiO₃などの適切な系には、室温より少し下に常誘電–強誘電転移があるため、高い調節可能性が得られる。残念ながら、そのような薄膜は欠陥に起因する損失が大きい。我々は、誘電損失によって進歩が妨げられていることを認識し、損失が非常に小さい系であるSr_n+1Ti_nO_3n+1相を出発点とした。この系では、(SrO)₂結晶せん断面が、点欠陥形成に代わって非化学量論を調整する。今回我々は、n ≥ 3の2軸ひずみSr_n+1Ti_nO_3n+1相における局所的な強誘電不安定性の出現に起因する、125 GHzまでの周波数で高度に調節可能な基底状態を実験的に実現したことを報告する。強誘電体を変化させる従来の方法であるドーピングやひずみとは対照的に、この特異な系では、(SrO)₂面の間隔を大きくすると（これは、nを変化させることによって実現できる）、局所的な強誘電不安定性が強まる。この新しい制御パラメーターnを利用すれば、既知の調節可能なマイクロ波誘電体全てに匹敵する室温の性能指数を実現できる。

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