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Revealing Kristallstruktur von Verbindung Wesentlich für Sonar-und Computer-Speicher

Published on November 9, 2010 at 6:31 PM

Mit einem Neutronenstrahl als Sonde, Forscher am National Institute of Standards and Technology (NIST) haben damit begonnen, die Kristallstruktur einer Verbindung wichtig, Technologien von Sonar zu Computer-Speicher zu offenbaren. Ihre jüngsten Arbeiten * bietet lange gesuchten Einblick in, wie ein weit verbreitetes Material der modernen Technik wirklich funktioniert.

Die Verbindung ist ein "piezoelektrische", ein Material, das Ändern einer Art von Energie in eine andere-mechanische, elektrische, oder umgekehrt. Lange in Sonar-Systeme eingesetzt, um Schallwellen zu erfassen, in jüngerer Zeit Piezoelektrika haben in Geräten, die winzigen Veränderungen in der Position, wie der Kopf, die Daten von der Festplatte Ihres Computers Laufwerk liest erfordern angewendet worden.

Nanopositionieren wie PZT sind in den Bau von Aktoren, wie sie verwendet werden, um Daten von Computern "Festplatten auszulesen wichtig. Ein besseres grundlegendes Verständnis von PZT vielleicht eines Tages den Wissenschaftlern ermöglichen, besser piezoelektrischen Materialien aus dem Boden zu schaffen up. Courtesy: Shutterstock / Studio Foxy

Seit Jahrzehnten ist der Industriestandard piezoelektrischen PZT, eine Verbindung, Titan, Zirkonium, Blei und Sauerstoff enthält gewesen. Kristalle von PZT ändern einen winzigen Bruchteil eines Prozents in Größe, wenn eine Schallwelle trifft sie, und thisshape Änderung schafft einen elektrischen Impuls. Vor Jahrzehnten wurde entdeckt, dass PZT at its best führt, wenn die Titan und Zirkonium in etwa gleichen Anteilen erscheinen, aber niemand wirklich verstanden, warum.

"Die Theorien häufig Bedenken, was am Übergang zwischen mit einem Überschuss von Zirkonium und einer Titan passiert", sagt Peter Gehring von der NIST Center for Neutron Research (NCNR). "Einige Theorien besagen, dass in unmittelbarer Nähe der Übergangszone, nehmen die Atome auf einer speziellen Konfiguration, die bestimmte Atome mehr frei, als sie sich sonst zu bewegen. Aber weil es schon schwer, einen Kristall aus PZT groß genug, um zu analysieren, wir konnten zu wachsen" t vollständig testen diese Ideen. "

Ein Durchbruch kam, als Chemiker an Kanadas Simon Fraser University gelungen, Einkristalle von wenigen Millimetern in der Größe wachsen und schickte sie an die NCNR zur Prüfung mit Neutronenstreuung-eine Technik zur Bestimmung der Positionen der einzelnen Atome in einem komplexen Kristallstruktur durch die Beobachtung der Mustern durch Neutronen abprallen es. Das Team, zu dem auch Forscher von der University of Oxford, der University of Tokyo, und der University of Warwick, konnte definitiv ausgeschlossen werden eines der vorgeschlagenen Strukturen von PZT.

Stattdessen fanden sie, dass jeder PZT Kristallelement wahrscheinlich davon ausgegangen, einen von zwei möglichen Formen, die innerhalb der größeren Kristallanordnung koexistieren. Diese Formen werden von der chemischen Zusammensetzung bestimmt, und sie beeinflussen können, wie gut das Material führt im großen Maßstab. Ihre Ergebnisse auch darauf hin, dass die Änderung im Verhalten beim Übergang gesehen allmählich geschieht, und nicht auf einige scharf begrenzte Anteil an Zirkonium und Titan.

Gehring sagt der Ergebnisse könnten ein Schritt in Richtung Besserung PZT werden. "Die Bestimmung der Struktur könnte uns die Perspektive notwendig, um einem piezoelektrischen Material aus den ersten Prinzipien Design, statt nur herumspielen und sehen, was funktioniert", sagt er. "Das ist, was Sie, wenn Sie jemals gehst, um eine bessere Mausefalle bauen müssen."

* D. Phelan, X. Long, Y. Xie, Z.-G. Ye, AM Glazer, H. Yokota, PA Thomas und PM Gehring. Einkristall-Studie von konkurrierenden rhomboedrischen und monoklinen um in Bleizirkonattitanat. Physical Review Letters, 8. November 2010, DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.207601

Last Update: 6. October 2011 05:36

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