Pesquisadores do MIT e colaboradores caracterizaram diretamente a estrutura atômica e polar tridimensional de um ferroelétrico relaxor usando uma técnica chamada pticografia eletrônica multislice, relatando que características fundamentais de polarização são menores do que o previsto pelas principais simulações — resultados que podem ajudar a refinar modelos usados para projetar futuros dispositivos de detecção, computação e energia.
Os ferroelétricos relaxores têm sido usados há décadas em tecnologias que incluem exames de ultrassom, microfones e sistemas de sonar, mas os pesquisadores enfrentam dificuldades para medir diretamente as origens, em escala atômica, de suas propriedades incomuns.
Uma equipe liderada pelo cientista de materiais do Massachusetts Institute of Technology, James LeBeau, relata que agora caracterizou diretamente a estrutura atômica tridimensional de um ferroelétrico relaxor pela primeira vez, usando um método de microscopia eletrônica conhecido como pticografia eletrônica multislice (MEP). O trabalho foi descrito pelo MIT News e distribuído pelo ScienceDaily, ambos citando um artigo publicado na revista Science intitulado “Bridging experiment and theory of relaxor ferroelectrics with multislice electron ptychography”.
De acordo com o relato do MIT, os pesquisadores escanearam uma liga de niobato de magnésio e chumbo–titanato de chumbo (PMN-PT) — um ferroelétrico relaxor usado em aplicações como sensores e atuadores — movendo uma sonda de elétrons de alta energia em escala nanométrica pela amostra e medindo padrões de difração em cada posição. Usando sobreposições entre medições adjacentes, a equipe reconstruiu uma visão tridimensional da estrutura do material.
As medições de MEP revelaram uma hierarquia de estruturas químicas e polares abrangendo de escalas atômicas a mesoscópicas, e os pesquisadores descobriram que muitas regiões de polarização diferente eram muito menores do que o previsto pelas principais simulações. A equipe informou que, em seguida, incorporou as novas medições experimentais em simulações computacionais para refinar os modelos e melhorar a concordância com as observações.
“Agora que temos uma compreensão melhor do que exatamente está acontecendo, podemos prever e projetar melhor as propriedades que queremos que os materiais alcancem”, disse LeBeau no comunicado do MIT.
Os coautores principais Michael Xu e Menglin Zhu afirmaram que os experimentos também destacaram a desordem química que modelos anteriores não haviam capturado totalmente.
A lista de autores descrita pelo MIT inclui colaboradores do MIT, bem como da University of Alabama at Birmingham, Rice University e University of Pennsylvania, entre outros.
O MIT e o ScienceDaily relataram que o trabalho foi apoiado em parte pelo Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA (U.S. Army Research Laboratory) e pelo Escritório de Pesquisa Naval dos EUA (U.S. Office of Naval Research), e que também utilizou as instalações do MIT.nano. Esses comunicados também descrevem a importância mais ampla do estudo como uma forma de validar e melhorar modelos para materiais complexos, com potenciais implicações a longo prazo para armazenamento de memória, detecção e tecnologias de energia.
