Los científicos de EPFL han hecho un descubrimiento importante sobre la estructura del titanato de bario, un material utilizado en objetos cotidianos. Sus hallazgos refutan las teorías existentes sobre el desplazamiento de los átomos del material.

El titanato de bario es un material ferroeléctrico que se utiliza en casi todos los dispositivos electrónicos:computadoras, smartphones e incluso coches eléctricos. Se utiliza para fabricar los sensores y condensadores con los que funcionan, por ejemplo. "Un solo teléfono inteligente generalmente tiene alrededor de 700 capacitores que contienen titanato de bario, y cada año se fabrican billones de estos condensadores, "dice Dragan Damjanovic, profesor de EPFL y director del Grupo de Ferroeléctricos y Óxidos Funcionales de la Escuela de Ingeniería de EPFL. A pesar del uso generalizado de titanato de bario, sin embargo, los investigadores aún no comprenden completamente cómo funciona. "Por supuesto, existen modelos teóricos, pero algunas de sus predicciones clave nunca se han confirmado experimentalmente. Así que eso es lo que nos propusimos hacer "dice Damjanovic.

Uno de los microscopios más potentes del mundo.

Emad Oveisi, un científico senior en el Centro Interdisciplinario de Microscopía Electrónica de EPFL, sugirió que Damjanovic y su Ph.D. La estudiante Sina Hashemizadeh usa el Titan Themis de su centro, uno de los microscopios electrónicos más poderosos del mundo, para su investigación. El Titan Themis permitió a los científicos observar las estructuras atómicas del titanato de bario y titanato de bario-estroncio en la fase cúbica. Eso fue en 2015, cuando obtuvieron las primeras imágenes; Fueron necesarios otros cinco años para analizar y verificar sus resultados. "Hasta ahora, Los investigadores creían que los átomos se mueven en varias direcciones en un período de tiempo muy corto. Pero nuestros experimentos demostraron que tienden a preferir ciertas direcciones, lo que significa que hay áreas de tamaño nanométrico donde todos los átomos se mueven de la misma manera. Eso cambia por completo la forma en que vemos estos materiales y su estructura atómica, ", dice Oveisi. Dado que sus hallazgos contradecían el pensamiento actual, los científicos querían asegurarse de que tenían razón. Así que probaron y comprobaron sus resultados varias veces, incluso con compañeros en Eslovenia, Austria y Japón. Es por eso que se necesitaron cinco años para finalizar los resultados. El estudio se ha publicado ahora en Comunicaciones de la naturaleza .

Fenómenos a pequeña escala con repercusiones a gran escala

Gracias a los métodos avanzados de análisis de imágenes, los científicos pudieron identificar en qué parte del material se mueven los átomos de manera ordenada. "Cuando hablamos de movimientos, en realidad nos referimos a los desplazamientos que tienen lugar en una escala de picómetro, es decir, un orden de magnitud más pequeño que los propios átomos, "dice Oveisi. Damjanovic añade:" Aunque los desplazamientos son extremadamente pequeños, tienen repercusiones a una escala mucho mayor. Por ejemplo, si exponemos las áreas nanométricas que identificamos a un campo eléctrico de alta frecuencia como los de los teléfonos inteligentes, las áreas se calientan. ”Por lo tanto, los hallazgos de su equipo podrían ser extremadamente útiles para comprender mejor la pérdida de energía en este tipo de materiales.

Entonces, ¿cuál es el siguiente paso? "¡La investigación es interminable!" dice Damjanovic. "La cuestión de si el desplazamiento nanométrico realmente juega un papel en el calentamiento del material debe ser probada. Y si lo hace, el siguiente paso será desarrollar materiales donde se minimice el tamaño del área de desplazamiento para mejorar las propiedades del material ".