Forskere søger atomistisk indsigt i ferroelektriske materialer

Ved første øjekast, biomedicinsk billeddannelsesudstyr, mobiltelefoner, og radioteleskoper har måske ikke meget til fælles, men de er alle eksempler på teknologier, der kan drage fordel af visse typer relaxor ferroelektriske materialer - keramik, der ændrer deres form under anvendelse af et elektrisk felt.

Elektromekaniske egenskaber inden for disse materialer er stærkest ved specifikke kombinationer af temperatur og anvendte elektriske felter. To tidligere postdoktorale forskere ved US Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory (ORNL) vender tilbage til deres neutronvidenskabelige rødder ved ORNL Spallation Neutron Source (SNS) for at studere dette fænomen.

Kolleger og hyppige samarbejdspartnere Abhijit Pramanick fra City University of Hong Kong og Mads Ry Jørgensen fra Aarhus Universitet i Danmark mødtes første gang under National School on Neutron and X-Ray Scattering (NXS) i 2008. Deres seneste projekt involverer anvendelse af elektriske felter og varierende temperaturer til enkeltkrystalprøver ved hjælp af TOPAZ-instrumentet, SNS stråle linje 12, at undersøge, hvordan materialets atomer forskydes under disse forhold. De siger, at en bedre forståelse af materialets adfærd bør hjælpe med udviklingen af ​​nye relaxor ferroelektriske designs med forbedrede egenskaber - og muligvis dem, der er mere miljøvenlige, også.

"Interessant, når du udsætter dette materiale for bestemte temperaturer under visse elektriske felter, du får en stor stigning i elektromekaniske reaktioner, "Pramanick sagde." Men vi forstår ikke rigtigt, hvorfor det sker under sådanne forhold. Vi forsøger at forstå den atomistiske mekanisme. "

Jørgensen, der også administrerer DanMAX strålelinjen på MAX IV Laboratory i Sverige, forklarede, at de fine detaljer om, hvordan disse materialer fungerer, fortsat er et populært emne for igangværende forskning, fordi forskere har studeret disse mekanismer i mere end 50 år uden afgørende resultater.

For svar, holdet vendte sig til neutroner. Neutroner giver en ikke -destruktiv sonde forskere kan bruge til at interagere med materialer til at indsamle data om materialernes atomstrukturer og adfærd.

"Det, der virkelig er interessant, er kombinationen af ​​høje temperaturer og elektriske felter. Når du prøver at implementere det for meget små krystaller som dem, vi bruger her, det er et meget svært eksperiment at lave, "Sagde Pramanick.

"Normalt, at studere disse krystaller ville være som at stå på den ene side af en bygning, men at skulle gå rundt i hele omkredsen for at få fuld udsigt "Sagde Jørgensen, "men TOPAZ giver et omfattende overblik over alle fire sider på én gang, som giver os mulighed for at undersøge diffraktionsmønsteret i 3-D uden at rotere prøven. "

Forskerne undersøger også betydningen af ​​bly i ferroelektriske materialer. En væsentlig komponent i relaxor ferroelektri, bly udgør også miljørisici, fra at bidrage til luftforurening til at påvirke skrøbelige økosystemer negativt.

"Vi skal lære, hvad der gør bly så vigtigt, "Sagde Pramanick." Hvis vi bedre kan forstå de atomistiske mekanismer, vi kan designe nye materialer, der er mere miljøvenlige, men stadig opnår lignende egenskaber. "

Begge forskere er begejstrede for at forfølge disse mål på SNS. "Det er altid godt at komme tilbage, "Pramanick sagde." Vi elsker at se, hvordan anlægget fortsætter med at vokse. "