Investigadores del MIT y colaboradores han caracterizado directamente la estructura atómica y polar tridimensional de un ferroeléctrico relaxor mediante una técnica llamada pticografía electrónica multicapa, informando que características clave de polarización son más pequeñas de lo que predecían las simulaciones principales; resultados que podrían ayudar a perfeccionar los modelos utilizados para diseñar futuros dispositivos de detección, computación y energía.
Los ferroeléctricos relaxores se han utilizado durante décadas en tecnologías que incluyen imágenes por ultrasonido, micrófonos y sistemas de sonar, pero los investigadores han tenido dificultades para medir directamente los orígenes a escala atómica de sus propiedades inusuales.
Un equipo dirigido por el científico de materiales del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), James LeBeau, informa que ahora ha caracterizado directamente la estructura atómica tridimensional de un ferroeléctrico relaxor por primera vez, utilizando un método de microscopía electrónica conocido como pticografía electrónica multicapa (MEP, por sus siglas en inglés). El trabajo fue descrito por MIT News y distribuido por ScienceDaily, ambos citando un artículo publicado en Science titulado “Bridging experiment and theory of relaxor ferroelectrics with multislice electron ptychography”.
Según el informe del MIT, los investigadores escanearon una aleación de niobato de magnesio y plomo-titanato de plomo (PMN-PT), un ferroeléctrico relaxor utilizado en aplicaciones como sensores y actuadores, moviendo una sonda de nanoescala de electrones de alta energía a través de la muestra y midiendo los patrones de difracción en cada posición. Utilizando las superposiciones entre mediciones adyacentes, el equipo reconstruyó una vista tridimensional de la estructura del material.
Las mediciones de MEP revelaron una jerarquía de estructuras químicas y polares que abarcan desde escalas atómicas hasta mesoscópicas, y los investigadores encontraron que muchas regiones de diferente polarización eran mucho más pequeñas de lo predicho por las simulaciones principales. El equipo señaló que luego incorporó las nuevas mediciones experimentales en simulaciones por computadora para perfeccionar los modelos y mejorar la concordancia con las observaciones.
“Ahora que tenemos una mejor comprensión de lo que sucede exactamente, podemos predecir y diseñar mejor las propiedades que queremos que alcancen los materiales”, dijo LeBeau en el comunicado del MIT.
Los coautores principales, Michael Xu y Menglin Zhu, señalaron que los experimentos también destacaron un desorden químico que los modelos anteriores no habían captado completamente.
La lista de autores descrita por el MIT incluye colaboradores del propio MIT, así como de la Universidad de Alabama en Birmingham, la Universidad Rice y la Universidad de Pensilvania, entre otros.
El MIT y ScienceDaily informaron que el trabajo fue apoyado en parte por el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. y la Oficina de Investigación Naval de EE. UU., y que también utilizó las instalaciones de MIT.nano. Dichos comunicados también describen la importancia más amplia como una forma de validar y mejorar los modelos para materiales complejos, con posibles implicaciones a largo plazo para el almacenamiento de memoria, la detección y las tecnologías energéticas.
