Klem stødet ud:Hvad forskellige faser af piezoelektriske materialer fortæller os

Hvad hvis elektricitet kunne presses ud af noget? Det viser sig, at nogle materialer har denne egenskab. Piezoelektricitet er den elektriske ladning, der akkumuleres i visse faste stoffer, når der påføres mekanisk belastning på dem. Piezoelektriske materialer, ligesom vismut ferrit tynde film, når den dyrkes på et enkelt lanthanaluminat -substrat, giver anledning til stærkt spændte epitaksiale tynde film, der udviser fremragende elektromekaniske og ferroelektriske egenskaber. I vismutferrit tynde film "dopet" eller forurenet med lanthan (BLFO'er), piezoelektricitet tilskrives tilstedeværelsen af ​​"blandede fasestrukturer" med stribemønstre.

Dannelsen af ​​stribemønstre og styring af de blandede fasestrukturer af BLFO har været i fokus for mange undersøgelser gennem årene. Men på grund af den ultrahurtige karakter af faseovergange, dannelsen af ​​energetisk "gunstige" faser under påført elektrisk felt og oprindelsen af ​​stor elektrokemisk respons er ikke blevet tilstrækkeligt undersøgt. Mange videnskabsmænd, der er engageret i forskning i BLFO, er i øjeblikket plaget af spørgsmålet, hvad betyder tilstedeværelsen af ​​en S-polymorf, en mellemfase, gøre ved materialets egenskaber?

Forskere ved Gwangju Institut for Videnskab og Teknologi ledet af Prof. Ji Young Jo begav sig ud på en rejse for at undersøge fasetransformationsdynamikken i BLFO epitaksiale tynde film ved hjælp af tidsopløst røntgenmikrodiffraktion. "Vi valgte denne teknik, fordi den hjælper os med at forstå den elektriske felt-inducerede fasetransformationsdynamik af de piezoelektriske materialer i en tidsskala, der spænder fra picosekunder til mikrosekunder, " forklarer prof. Jo. Resultaterne af deres udforskning af BLFO-films piezoelektriske egenskaber sammen med identifikation af de blandede fasestrukturer og stribede mønstre blev offentliggjort i bind 7 (udgave 116683) af Acta Materialia den 1. april 2021 og blev gjort tilgængelig online den 21. januar 2021.

BLFO kan omdannes til monoklinisk (M _EN , M _C , vippet M _C ), tetragonal (T-fase), en mellemliggende S-fase, eller blandede faser via stamteknik. Undersøgelsen af ​​transformationsdynamikken afslørede, at faseændringen fra M _c til S-fase var afhængige af polariteten af ​​det påførte elektriske felt. Undersøgelsen konkluderede også, at den høje piezoelektriske respons set i blandet fase BLFO-film skyldes tilstedeværelsen af ​​S/S _vippe faser.

"Forståelse af stribemønstres og S-fasernes rolle kan hjælpe os med at skabe ultrahurtige piezoelektriske enheder med en responstid på sub-mikrosekunder, " konkluderer Prof. Jo. Resultaterne fra denne undersøgelse giver et nyt perspektiv på brugen af ​​strain engineering til at designe ultrahøje piezoelektriske tynde film. Dette har vidtrækkende konsekvenser for fremtiden for energihøst.