Erindringer om tidligere ting:Forskere opdager nanoskala formhukommelsesoxid

(Phys.org) – Lyt til nikkel-titanium og alle dine andre formhukommelseslegeringer, der er et nyt barn på blokken, der lige har vundet mesterskabet for elasticitet og er klar til at overtage markedet for formhukommelsesapps på nanoskala. Et forskerhold ved Berkeley Lab har opdaget en måde at introducere en genvindelig stamme i bismuthferrit på op til 14 procent på nanoskala, større end nogen form-hukommelseseffekt observeret i et metal. Denne opdagelse åbner døren til applikationer inden for en lang række områder, herunder medicinsk, energi og elektronik.

"Vores vismutferrit viste ikke kun mester-form-hukommelsesværdien, den var også langt mere stabil, når den blev reduceret til nanometerstørrelse end formhukommelseslegeringer, " siger Jinxing Zhang, en post-doc for denne undersøgelse under Ramamoorthy Ramesh fra Berkeley Labs Materials Sciences Division og nu fakultetsmedlem ved Beijing Normal University. "Også fordi vores vismutferrit kan aktiveres med kun et elektrisk felt, snarere de termiske felter, der er nødvendige for at aktivere formhukommelseslegeringer, responstiden er meget hurtigere."

Form-hukommelseseffekten er den metalliske ækvivalent af elasticitet, hvor et fast materiale "husker" og genvinder sin oprindelige form efter at være blevet deformeret af en påført spænding. I fortiden, dette har altid involveret opvarmning. Shape-memory legeringer har haft en stor indflydelse på det medicinske område, hvor den mest fremtrædende er nikkel-titanium eller "nitinol, " som bruges i stents til angioplastik, og i mekaniske led. Form-hukommelseseffekten forventes også at have en stor indvirkning i ikke-medicinske applikationer, såsom aktuatorer i smarte materialer og i Microelectro-Mechanical Systems (MEMS). Imidlertid, efterhånden som størrelsen af ​​nuværende formhukommelseslegeringer krymper mod nanoskalaen, der opstår talrige problemer og ustabilitet, herunder træthed, mikrorevnelse og oxidation.

"Ved at opnå formhukommelseseffekten i et oxidmateriale frem for en metallegering, vi eliminerer overfladeproblemer og muliggør integration med mikroelektronik, " siger Zhang. "Vores vismutferrit udviser også en ultrahøj arbejdsfunktionstæthed under aktivering, der er næsten to størrelsesordener højere end hvad en metallegering kan generere."

Bismuth ferrit er multiferroisk forbindelse bestående af vismut, jern og ilt, der er blevet undersøgt indgående i de senere år af Ramesh og hans forskergruppe. Som en multiferroisk, vismutferrit viser både ferroelektriske og ferromagnetiske egenskaber, hvilket betyder, at det vil reagere på anvendelsen af ​​eksterne elektriske eller magnetiske felter. I denne seneste undersøgelse, ud over den konventionelle termiske aktivering, en elastisk-lignende faseovergang blev indført i bismuthferrit kun ved brug af et elektrisk felt.

"Anvendelsen af ​​det elektriske felt gjorde det muligt for os at opnå en fasetransformation, der var reversibel uden hjælp fra ekstern genopretningsstress, " siger Ramesh. "Selvom aspekter som hysterese, mikro-revner og så videre skal tages i betragtning for rigtige enheder, den store formhukommelseseffekt, vi demonstrerede i bismuthferrit, viser, at det er et ekstraordinært materiale med potentiel brug i fremtidige nanoelektromekaniske enheder og andre avancerede nanosystemer."

Resultaterne af denne forskning blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .