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Estrutura de cristal revelador de compostos essenciais para Sonar e Memória para Computador

Published on November 9, 2010 at 6:31 PM

Utilizando um feixe de nêutrons como uma sonda, os investigadores que trabalham no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) começaram a revelar a estrutura cristalina de um composto essencial para as tecnologias que vão desde o sonar para memória de computador. * Seu recente trabalho fornece há muito procurado insight apenas como um material amplamente utilizado da tecnologia moderna realmente funciona.

O composto é um "piezoelétrica", um material capaz de mudar um tipo de energia em outra mecânica para elétrica versa, ou vice. Tempo empregado em sistemas de sonar para detectar ondas sonoras, mais recentemente piezoelectrics têm sido aplicados em dispositivos que requerem mudanças minúsculas na posição, como a cabeça que lê os dados do disco rígido do seu computador.

Piezelétrica como PZT são importantes na construção de atuadores, tais como aqueles usados ​​para ler dados dos discos dos computadores rígido. Uma melhor compreensão fundamental de PZT poderá um dia permitir aos cientistas criar melhores materiais piezelétricos a partir do zero. Cortesia: Shutterstock / Studio Foxy

Durante décadas, o padrão da indústria piezoelétrico foi PZT, um composto que contém titânio, chumbo, zircônio e oxigênio. Cristais de PZT mudar uma pequena fração de um por cento no tamanho quando uma onda sonora que os atinge, e mudar thisshape cria um impulso elétrico. Décadas atrás, foi descoberto que PZT executa no seu melhor quando o titânio e zircônio aparecem em proporções aproximadamente iguais, mas ninguém realmente entendeu o porquê.

"As teorias preocupação o que acontece com freqüência na linha de transição entre ter um excedente de zircônio e um de titânio", diz Pedro Gehring do Centro para Pesquisa de Nêutrons NIST (NCNR). "Algumas teorias sugerem que bem perto da zona de transição, os átomos assumem uma configuração especial que permite que certos átomos se movimentar mais livremente do que podem de outra forma. Mas porque tem sido difícil crescer um cristal de PZT grande o suficiente para analisar, nós couldn ' t completamente testar essas idéias. "

A descoberta veio quando os químicos da Simon Canadá Fraser University conseguiu crescer monocristais de poucos milímetros de tamanho e os enviou para o NCNR para exame com dispersão de um nêutron técnica para determinar as posições de átomos individuais em uma complexa estrutura cristalina, observando o padrões feitas por nêutrons saltando fora dela. A equipe, que também incluiu pesquisadores da Universidade de Oxford, a Universidade de Tóquio, e da Universidade de Warwick, foi capaz de eliminar definitivamente a uma das estruturas propostas de PZT.

Em vez disso, eles descobriram que cada elemento de cristal PZT provavelmente assume uma de duas possíveis formas que coexistem dentro da matriz maior de cristal. Estas formas são ditadas pela composição química, e podem influenciar a forma como o material realiza em grande escala. Suas descobertas também sugerem que a mudança no comportamento visto na transição acontece de forma gradual, ao invés de em alguma proporção nitidamente delineada de zircônio, titânio.

Gehring diz que os resultados poderiam ser um passo para melhorar PZT. "Determinar a estrutura pode nos dar a perspectiva necessária para projetar um material piezoelétrico dos primeiros princípios, ao invés de brincar um pouco e ver o que funciona", diz ele. "Isso é o que você precisa se você está indo cada vez para construir uma ratoeira melhor".

* D. Phelan, X. Long, Y. Xie, Z.-G. Ye, AM Glazer, H. Yokota, PA e Thomas PM Gehring. Estudo único cristal de competir fim romboédrica e monoclínica em titanato zirconato de chumbo. Physical Review Letters, 8 de novembro de 2010, DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.207601

Last Update: 3. October 2011 08:53

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