Negativ piezoelektrisk effekt er trods alt ikke så sjælden

(Phys.org) - Den piezoelektriske effekt, som får et materiale til at ekspandere langs retningen af ​​et påført elektrisk felt, er almindelig i mange materialer og bruges i en række forskellige teknologier, fra medicinsk ultralyd til vibrationsdrevet elektronik. Men den negative piezoelektriske effekt, hvor et materiale trækker sig i stedet for at ekspandere i retning af det anvendte elektriske felt, er blevet betragtet som en sjælden og kontraintuitiv anomali, og har fået lidt opmærksomhed.

Nu i et nyt papir udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , fysikere Shi Liu og R. E. Cohen ved Carnegie Institute for Science i Washington, D.C., har identificeret 93 materialer, der udviser den negative piezoelektriske effekt, viser, at det er meget mere almindeligt end tidligere antaget. De undersøgte også oprindelsen til den negative piezoelektriske effekt, hvilket kan føre til udvikling af nye piezoelektriske enheder.

"Den negative langsgående piezoelektriske effekt blev tidligere ikke undersøgt godt, "Fortalte Cohen Phys.org . "Vores papir er det første arbejde med at udføre en systematisk undersøgelse af mekanismen for den negative piezoelektriske effekt. Udnytter den velkurerede open-source materialedatabase, der er vært for Materials Project, vi er i stand til hurtigt at identificere næsten 100 materialer, der besidder dette usædvanlige svar bogstaveligt talt inden for få minutter. Dette arbejde fremhæver, hvordan detaljerede kvantemekaniske beregninger og materialeinformatik kan arbejde sammen for at fremskynde opdagelse og design af materialer. "

Som forskerne forklarede, piezoelektricitet indeholder to komponenter:et fastspændt ionbidrag, som er rent elektronisk, og et bidrag til intern belastning, som stammer fra mikroskopiske atomrelaksationer.

I den nye undersøgelse, fysikerne opdagede, at nøgleforskellen mellem konventionelle og negative piezoelektriske materialer er, hvilket bidrag der er større. I konventionel piezoelektri, det interne belastningsbidrag dominerer, mens den negative piezoelektri dominerer det fastklemte ionrespons, hvilket indikerer tilstedeværelsen af ​​stærke ioniske bindinger og små atomrelaxationer i disse materialer.

Forskerne søgte derefter i en eksisterende database med næsten 1000 piezoelektriske materialer og identificerede 93 forbindelser, der besidder en dominerende fastklemt ionkomponent, markerer dem som negative piezoelektriske.

I deres analyse, fysikerne opdagede også en anden usædvanlig egenskab ved negative piezoelektriske materialer, hvilket er, at højt tryk øger deres ferroelektricitet. Dette er det modsatte af, hvad der observeres i konventionelle piezoelektriske materialer, hvor højt tryk forårsager et fald i ferroelektricitet. Forskerne håber, at denne trykforbedrede ferroelektricitet af negative piezoelektriske materialer kan føre til design af nye enheder.

"Dette værk illustrerer teoriens og informatikkens magt sammen, og vi (og andre) kan bruge denne tilgang til at finde andre nye slags interessante materialer, "Sagde Liu." Med hensyn til piezoelektrisk, vi håber, at dette arbejde vil inspirere til eksperimentelle undersøgelser af den negative langsgående piezoelektriske effekt. Vores kolleger her arbejder på at syntetisere nogle af forbindelserne med en negativ piezoelektrisk reaktion, vi foreslog i avisen. Det vil også være meget interessant at undersøge, hvad der vil ske, hvis vi opretter et sammensat materialesystem med skiftevis lag af konventionel piezoelektri med positiv respons og dem med negativ respons. Når du tænder det elektriske felt, nogle lag vil ekspandere, mens nogle lag vil trække sig sammen. En sådan konkurrence kan give anledning til usædvanlig fysik og muligvis muliggøre nye applikationer. "

© 2017 Phys.org