Mekaniske egenskaber af nanomaterialer ændres på grund af elektrisk felt, finder forskere

Mekaniske egenskaber af nanomaterialer kan ændres på grund af påføring af spænding, Det har forskere fra University of Wyoming opdaget.

Forskerne, ledet af TeYu Chien, en UW adjunkt ved Institut for Fysik og Astronomi, fastslået, at det elektriske felt er ansvarlig for at ændre brudsejheden af ​​nanomaterialer, som bruges i avanceret elektronisk udstyr. Det er det første observerede bevis på, at det elektriske felt ændrer brudsejheden på en nanometerskala.

Dette fund åbner vejen for yderligere undersøgelse af nanomaterialer vedrørende elektrisk felt-mekaniske egenskabsinteraktioner, hvilket er ekstremt vigtigt for applikationer og grundforskning.

Chien er hovedforfatter af et papir, med titlen "Indbygget elektrisk felt-induceret mekanisk egenskabsændring ved Lanthanum Nikelate/Nb-doteret Strontium Titanate Interfaces, ", der for nylig blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter . Videnskabelige rapporter er en online, tidsskrift med åben adgang fra udgiverne af Nature. Tidsskriftet publicerer videnskabeligt gyldig primær forskning fra alle områder af natur- og kliniske videnskaber.

Andre forskere, der har bidraget til papiret, er fra University of Arkansas, University of Tennessee og Argonne National Laboratory i Argonne, Syg.

Chien og hans forskerhold studerede overfladerne af de brudte grænseflader af keramiske materialer, herunder lanthannickelat og strontiumtitanat med en lille mængde niobium. Forskerne afslørede, at strontiumtitanat, inden for få nanometer fra grænsefladerne, brækket anderledes end strontiumtitanatet væk fra grænsefladerne.

De to keramiske materialer blev valgt, fordi det ene er et metallisk oxid, mens det andet er en halvleder. Når de to typer materialer kommer i kontakt med hinanden, et iboende elektrisk felt vil automatisk blive dannet i et område, kendt som Schottky-barrieren, nær grænsefladen, Chien forklarer. Schottky-barrieren refererer til det område, hvor et iboende elektrisk felt dannes ved metal/halvleder-grænseflader.

Det iboende elektriske felt ved grænseflader er et uundgåeligt fænomen, når et materiale er i kontakt med et andet. De elektriske felteffekter på materialers mekaniske egenskaber studeres sjældent, især for nanomaterialer. Forståelse af elektriske felteffekter er ekstremt vigtigt for anvendelser af nanoelektromekaniske system (NEMS), som er enheder, såsom aktuatorer, integration af elektriske og mekaniske funktioner på nanoskalaen.

Til NEMS-materialer fremstillet i nanoskala, at forstå de mekaniske egenskaber, der påvirkes af elektriske felter, er afgørende for fuld kontrol over enhedens ydeevne. Observationerne i denne undersøgelse baner vejen for bedre at forstå nanomaterialers mekaniske egenskaber.

"Det elektriske felt ændrer den interatomare bindingslængde i krystallen ved at skubbe positivt og negativt ladede ioner i modsatte retninger, " siger Chien. "Ændring af bindingslængden ændrer bindingsstyrken. Derfor, de mekaniske egenskaber, såsom brudsejhed."

"Hele billedet er dette:Det iboende elektriske felt i Schottky-barrieren blev skabt ved grænsefladerne. Dette polariserede derefter materialerne nær grænsefladerne ved at ændre de atomare positioner i krystallen. De ændrede atompositioner ændrede den inter-atomare bindingslængde indeni materialerne til at ændre de mekaniske egenskaber nær grænsefladerne, " opsummerer Chien.