Los materiales relaxor ferroeléctricos han encontrado aplicación durante décadas en tecnologías como ultrasonidos, micrófonos y sistemas de sonar. Sin embargo, la fuente de sus propiedades únicas había permanecido como un enigma hasta ahora. Un equipo de investigadores del MIT y otras instituciones ha logrado caracterizar por primera vez la estructura atómica tridimensional de un relaxor ferroeléctrico.
Los hallazgos, publicados recientemente en la revista Science, ofrecen un nuevo marco para refinar los modelos utilizados en el diseño de dispositivos de computación, energía y sensores de próxima generación. Según el autor principal, James LeBeau, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en el MIT, “ahora que entendemos mejor lo que está sucediendo, podemos predecir y diseñar mejor las propiedades que queremos que los materiales alcancen”.
Nuevas perspectivas sobre la ingeniería de materiales
A pesar de que la comunidad científica sigue desarrollando métodos para manipular estos materiales, LeBeau subraya que es esencial conocer si los modelos empleados son correctos para poder anticipar las propiedades resultantes. En su investigación, los científicos utilizaron una técnica emergente para revelar la distribución de cargas eléctricas dentro del material, obteniendo resultados sorprendentes.
Los coautores principales del estudio, Michael Xu y Menglin Zhu, ambos postdoctorales en el MIT, comentan: “Nos dimos cuenta de que el desorden químico observado en nuestros experimentos no había sido completamente considerado anteriormente”. Gracias a la colaboración con otros investigadores, lograron combinar observaciones experimentales con simulaciones para mejorar los modelos y hacer predicciones más precisas.
Análisis detallado de materiales desordenados
Las simulaciones sobre relaxor ferroeléctricos sugieren que al aplicar un campo eléctrico, las interacciones entre átomos cargados positivamente y negativamente en diferentes nanoregiones del material contribuyen a sus excepcionales capacidades de almacenamiento energético y detección. Hasta ahora, los detalles específicos de esas nanoregiones habían sido imposibles de medir directamente.
Para su artículo en Science, los investigadores estudiaron un material relaxor ferroeléctrico utilizado en sensores y sistemas defensivos: una aleación de niobato de plomo y titanato de plomo. Aplicaron una técnica innovadora llamada electron ptychography multi-slice (MEP), donde se mueve una sonda a escala nanométrica compuesta por electrones de alta energía sobre el material y se miden los patrones resultantes de difracción electrónica.
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