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Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

Cristal revelar la estructura del compuesto esencial de sonar y la memoria del equipo

Published on November 9, 2010 at 6:31 PM

El uso de un haz de neutrones como una sonda, los investigadores que trabajan en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han comenzado a revelar la estructura cristalina de un compuesto esencial para las tecnologías que van desde el sonar para la memoria del ordenador. * Sus trabajos recientes buscado por mucho tiempo comprender cómo un material ampliamente utilizado la tecnología moderna en realidad funciona.

El compuesto es un "piezoeléctrico", un material capaz de cambiar un tipo de energía en otra, a la inversa mecánica eléctrica, o viceversa. Tiempo ha estado empleado en los sistemas de sonar para detectar las ondas de sonido, más recientemente piezoeléctricos se han aplicado en los dispositivos que requieren cambios minúsculos en la posición, como la cabeza que lee los datos del disco duro de su ordenador.

Piezoeléctricos como PZT son importantes en la construcción de los actuadores, como los que utiliza para leer datos de discos duro de los ordenadores. Una mejor comprensión fundamental de PZT algún día permitir a los científicos a crear mejores materiales piezoeléctricos a partir de cero. Cortesía: Shutterstock / Foxy Studio

Durante décadas, el estándar de la industria ha sido piezoeléctricos PZT, un compuesto que contiene titanio, circonio, plomo, y el oxígeno. Los cristales de PZT cambiar una pequeña fracción de un por ciento en el tamaño cuando una onda sonora incide sobre ellos, y el cambio thisshape crea un impulso eléctrico. Décadas atrás, se descubrió que PZT realiza en su mejor momento cuando el titanio y el circonio aparecen en proporciones aproximadamente iguales, pero en realidad nadie entendía por qué.

"Las teorías con frecuencia se refieren a lo que sucede en la línea de transición entre tener un superávit de zirconio y una de titanio", dice Peter Gehring del Centro para la Investigación de Neutrones del NIST (NCNR). "Algunas teorías sugieren que la derecha cerca de la zona de transición, los átomos adquieren una configuración especial que permite que ciertos átomos se muevan más libremente de lo que lo puede. Pero debido a que ha sido difícil crecer un cristal de PZT lo suficientemente grande como para analizar, no podíamos" t completamente probar estas ideas. "

Un gran avance se produjo cuando los químicos de la Universidad Simon Canadá Fraser logró crecer monocristales de unos pocos milímetros de tamaño y los envió a la NCNR para su examen con la dispersión, un neutrón técnica para determinar las posiciones de los átomos individuales en una estructura cristalina compleja mediante la observación de la patrones formados por neutrones rebotando en él. El equipo, que también incluyó a investigadores de la Universidad de Oxford, la Universidad de Tokio y la Universidad de Warwick, fue capaz de descartar definitivamente una de las estructuras propuestas de PZT.

En su lugar, se encontraron con que cada elemento de cristal de PZT probable que asume una de dos formas posibles que coexisten dentro de la matriz de cristales más grandes. Estas formas son dictadas por la composición química, y pueden influir en la forma y el material realiza a gran escala. Sus hallazgos también sugieren que el cambio de comportamiento visto en la transición ocurre de manera gradual, en lugar de en una proporción claramente delineadas de circonio de titanio.

Gehring dijo que los resultados podrían ser un paso hacia el mejoramiento PZT. "Determinación de la estructura podría darnos la perspectiva necesaria para diseñar un material piezoeléctrico de los primeros principios, en lugar de jugar y ver lo que funciona", dice. "Eso es lo que necesita si alguna vez va a construir una mejor trampa para ratones".

* D. Phelan, X. largo, Y. Xie, Z.-G. Ye, AM Glazer, H. Yokota, Thomas Gehring PA y PM. Estudio solo cristal de la competencia para romboédricos y monoclínica en zirconato titanato de plomo. Physical Review Letters, 8 de noviembre de 2010, DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.207601

Last Update: 6. October 2011 05:33

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