Para peneliti MIT dan kolaborator telah berhasil mengarakterisasi struktur atom dan polar tiga dimensi dari ferroelektrik relaksor secara langsung menggunakan teknik yang disebut multislice electron ptychography. Mereka melaporkan bahwa fitur polarisasi utama berukuran lebih kecil daripada yang diprediksi oleh simulasi terkemuka—hasil yang dapat membantu menyempurnakan model yang digunakan untuk merancang perangkat penginderaan, komputasi, dan energi di masa depan.
Ferroelektrik relaksor telah digunakan selama beberapa dekade dalam berbagai teknologi, termasuk pencitraan ultrasonik, mikrofon, dan sistem sonar, namun para peneliti selama ini kesulitan untuk mengukur asal-usul properti mereka yang tidak biasa pada skala atom secara langsung.
Sebuah tim yang dipimpin oleh ilmuwan material Massachusetts Institute of Technology, James LeBeau, melaporkan bahwa mereka kini telah berhasil mengarakterisasi struktur atom tiga dimensi dari ferroelektrik relaksor untuk pertama kalinya, dengan menggunakan metode mikroskopi elektron yang dikenal sebagai multislice electron ptychography (MEP). Pekerjaan ini dijelaskan oleh MIT News dan didistribusikan oleh ScienceDaily, keduanya mengutip sebuah makalah yang diterbitkan dalam jurnal Science berjudul “Bridging experiment and theory of relaxor ferroelectrics with multislice electron ptychography.”
Menurut laporan MIT, para peneliti memindai paduan timbal magnesium niobate–timbal titanat (PMN-PT)—sebuah ferroelektrik relaksor yang digunakan dalam aplikasi seperti sensor dan aktuator—dengan menggerakkan probe elektron berenergi tinggi berskala nano melintasi sampel dan mengukur pola difraksi di setiap posisi. Dengan menggunakan tumpang tindih antar pengukuran yang berdekatan, tim tersebut merekonstruksi tampilan tiga dimensi dari struktur material tersebut.
Pengukuran MEP mengungkapkan hierarki struktur kimia dan polar yang mencakup skala atom hingga mesoskopik, dan para peneliti menemukan bahwa banyak wilayah dengan polarisasi berbeda jauh lebih kecil daripada yang diprediksi oleh simulasi terkemuka. Tim mengatakan bahwa mereka kemudian memasukkan pengukuran eksperimental baru ke dalam simulasi komputer untuk menyempurnakan model dan meningkatkan kesesuaian dengan hasil observasi.
“Sekarang setelah kita memiliki pemahaman yang lebih baik tentang apa yang sebenarnya terjadi, kita dapat memprediksi dan merekayasa properti yang ingin dicapai oleh material dengan lebih baik,” ujar LeBeau dalam rilis MIT.
Penulis pendamping pertama, Michael Xu dan Menglin Zhu, mengatakan bahwa eksperimen tersebut juga menyoroti ketidakteraturan kimia yang sebelumnya tidak tertangkap sepenuhnya oleh pemodelan.
Daftar penulis yang dijelaskan oleh MIT mencakup kolaborator dari MIT serta University of Alabama at Birmingham, Rice University, University of Pennsylvania, dan pihak lainnya.
MIT dan ScienceDaily melaporkan bahwa penelitian ini didukung sebagian oleh U.S. Army Research Laboratory dan U.S. Office of Naval Research, serta menggunakan fasilitas MIT.nano. Rilis tersebut juga menggambarkan signifikansi yang lebih luas sebagai cara untuk memvalidasi dan meningkatkan model bagi material kompleks, dengan implikasi jangka panjang yang potensial bagi penyimpanan memori, penginderaan, dan teknologi energi.
