La microscopia elettronica, condotta come componente del Programma Applicativo Comune della Strumentazione della Ricerca (Condivisione) al Dipartimento Per L'Energia il Laboratorio Nazionale di Oak Ridge, Piombo ad una nuova teoria per spiegare i beni intriganti in un materiale con le applicazioni potenziali in condensatori ed azionatori.
Un gruppo di ricerca piombo dal Albina Borisevich di ORNL ha esaminato le pellicole sottili del ferrito del samario del bismuto, conosciute come BSFO, che presenta le proprietà fisiche insolite vicino alla sua transizione a partire da una fase ad un altro. BSFO tiene il potenziale come sostituto senza piombo per il titanato dello zirconio del cavo (PZT), un simile materiale corrente utilizzato in dozzine di tecnologie dai sensori ai commputer di ultrasuono.
I Materiali quali BSFO e PZT spesso sono chiamati “materiali sul bordo„ in riferimento al loro comportamento enigmatico, che è legato molto attentamente alla transizione fra due fasi differenti. Queste fasi sono caratterizzate dai mutamenti strutturali nel materiale che producono i beni elettrici differenti.
“I migliori beni del materiale sono trovati a questa transizione,„ Borisevich ha detto. “Tuttavia, c'è stato molta discussione circa che cosa accade esattamente quello piombo ad un potenziamento dei beni del materiale.„
Facendo Uso di microscopia elettronica a scansione, il gruppo ha mappato la posizione degli atomi in pellicole di BSFO per trovare che cosa accade alla struttura locale alla transizione fra le fasi ferroelettriche e antiferroelectric. I risultati del gruppo sono pubblicati nelle Comunicazioni della Natura.
“Abbiamo scoperto che nessune delle due teorie dominanti potrebbero descrivere il comportamento osservato al disgaggio atomico,„ Borisevich abbiamo detto.
Alcuni teorici hanno proposto che il materiale formasse un nanocomposite alla transizione. In questo caso, l'energia dei limiti fra le fasi dovrebbe avvicinarsi a zero, ma il gruppo di Borisevich ha trovato sperimentalmente qualcosa interamente differente: l'energia del limite era invece efficacemente quantità negativa.
“Quando l'energia del limite è negativa, significa che il sistema vuole avere altrettanti limiti come possibili, ma con le dimensioni dell'atomo che sono limitate, non potete aumentarlo all'infinito,„ Borisevich ha detto. “Così dovete fermarti ad una certa struttura modulata corto periodo, che è che cosa accade qui.„
Sulla Base delle sue osservazioni, il gruppo ha concluso che il meccanismo dietro il comportamento osservato è stato collegato ad un'interazione relativamente debole chiamata flexoelectricity.
“Flexoelectricity significa che piegate un materiale e polarizza,„ ha detto il co-author Sergei Kalinin di ORNL. “È i beni presenti nella maggior parte del ferroelectrics. L'effetto stesso non è necessariamente molto forte sui disgaggi macroscopici, ma con le condizioni buone, che sono realizzate nei sistemi del nanoscale, può produrre le conseguenze molto interessanti.„
Borisevich aggiunge che l'approccio del gruppo può essere usato per studiare vari sistemi con i simili limiti di fase e sottolinea l'importanza di pianificare i materiali al disgaggio atomico.
“In questo caso particolare, microscopia elettronica è il solo modo esaminare i cambiamenti molto locali perché questo materiale è una struttura periodica,„ lei ha detto. “Le informazioni decisive del atomico-disgaggio avevano mancate dalla discussione.„
I Ricercatori comprendono l'Accademia Nazionale delle Scienze Anna e Eliseev del Eugene dell'Ucraina Morozovska; Università Valanoor e Cheng di Ching-Jung del Nuovo Galles del Sud Nagarajan; L'Jiunn-Yuan Lin e Ying-Hao CHU dell'Università Nazionale di Chiao Tung; ed Università Ichiro e Kan di Daisuke di Maryland Takeuchi. Il documento pieno è accessibile in linea qui: http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n4/full/ncomms1778.html.