Material NIST Pings cheie in Sonar, Inchide Gap pe Mister structurale

Folosind un fascicul de neutroni ca o sonda, cercetatorii care lucreaza la Institutul National de Standarde si Tehnologie (NIST) au inceput sa dezvaluie structura cristalina a unui compus esential pentru tehnologii variind de la sonar la memoria calculatorului. * Munca lor recente ofera o perspectiva mult cautata in doar modul in care un material utilizat pe scara larga a tehnologiei moderne de fapt de lucrari.

Piezoelectrics ca PZT sunt importante in constructia de actionare, cum ar fi cele folosite pentru a citi date de pe hard calculatoare "hard. O mai buna intelegere fundamentala a PZT o zi poate permite oamenilor de stiinta pentru a crea materiale piezoelectrice mai bine de la sol in sus. Courtesy: Shutterstock / Studio Foxy

Compus este un "piezoelectrice", un material capabil de a schimba un singur tip de energie intr-un alt mecanice pentru a-versa electrice, sau vice. Lung angajati in sistemele de sonar pentru a detecta undele de sunet, mai recent piezoelectrics au fost aplicate in dispozitive care necesita modificari in pozitia minuscula, cum ar fi cap care citeste date de pe hard disk a computerului.

Timp de decenii, standardul in industrie piezoelectric a fost PZT, un compus care contine titan, zirconiu plumb, si oxigen. creates an electrical impulse. Cristalele de PZT modifica o mica parte din un procent ca dimensiune atunci cand un val de sunet le greve, si-a se schimba forma creeaza un impuls electric. Decenii in urma, sa descoperit ca PZT efectueaza la cele mai bune sale atunci cand titan si zirconiu apar in proportii aproximativ egale, dar nimeni nu a inteles de ce.

"Teoriile frecvent ingrijorare ceea ce se intampla la linia de tranzitie intre a avea un surplus de zirconiu si unul de titan", spune Peter Gehring de la Centrul de Cercetare NIST Neutron (NCNR). "Unele teorii sugereaza ca chiar langa zona de tranzitie, atomii sa ia pe o configuratie speciala, care permite anumitor atomi sa se miste mai liber decat pot altfel. Dar pentru ca a fost greu sa creasca un cristal de PZT suficient de mare pentru a analiza, am putut testul t complet aceste idei. "

O descoperire a venit atunci cand chimisti de la Canada Simon Fraser University a reusit sa creasca monocristale de cativa milimetri in marimea si le-a trimis NCNR pentru examinare, cu imprastiere-un neutron tehnica pentru determinarea pozitiilor atomilor individuali intr-o structura de cristal complexe prin respectarea modele realizate de neutroni care cade de pe ea. Echipa, care a inclus, de asemenea, cercetatorii de la Universitatea din Oxford, Universitatea din Tokyo, si la Universitatea din Warwick, a fost in masura sa se pronunte definitiv din una din structurile propuse de PZT.  

In schimb, au descoperit ca fiecare element de cristal PZT presupune probabil una din cele doua forme posibile care coexista in cadrul matrice de cristal mai mare. Aceste forme sunt dictate de compozitia chimica, si ele pot influenta cat de bine materialul efectueaza pe o scara larga. Descoperirile lor au, de asemenea, sugereaza ca schimbarea de comportament observate in zona de tranzitie se intampla treptat, mai degraba decat la un anumit procent considerabil delimitata de zirconiu la titan.

Gehring spune ca rezultatele ar putea fi un pas spre imbunatatire PZT. "Determinarea structura s-ar putea sa ne dea perspectiva necesara pentru a proiecta un material piezoelectric de la primele principii, in loc de doar in jurul valorii de joc si sa vada ceea ce functioneaza", spune el. "Asta este ceea ce ai nevoie daca esti vreodata de gand sa construiasca o cursa de soareci mai buna."