Un esfuerzo de colaboración entre grupos de investigación de la Universidad Técnica de Freiberg y la Universidad de Siegen en Alemania demuestra que las propiedades físicas de SrTiO3, o titanato de estroncio, en su forma monocristalina se puede cambiar mediante un tratamiento eléctrico relativamente simple. SrTi03 es un mineral que se estudia a menudo por sus propiedades superconductoras.
El tratamiento, descrito esta semana en Letras de física aplicada , crea el efecto conocido como piezoelectricidad, donde la electricidad resulta de la tensión mecánica, en el material que originalmente no vio efectos piezoeléctricos. Esto podría ser extremadamente importante ya que nuestra sociedad orientada a la tecnología exige cada vez más nuevos materiales y propiedades inusuales.
Los materiales cristalinos están hechos de átomos y electrones, que se organizan en patrones periódicos. La estructura atómica de un cristal es similar a una pieza de un patrón de punto de cruz, pero la escala es aproximadamente diez millones de veces menor. Si bien una técnica de punto de cruz puede ser complicada al principio, una vez que aprenda el patrón, simplemente repita las mismas puntadas para llenar el espacio disponible. La naturaleza funciona de la misma manera en la construcción de cristales:"aprende" cómo conectar los átomos entre sí en una llamada celda unitaria y luego repite este bloque de construcción para llenar el espacio formando una red cristalina.
Mirar una estructura de cristal es como mirar una tela a través de una lupa. Usando una técnica llamada difracción de rayos X, los investigadores aplican estímulos externos (por ejemplo, estiramiento o voltaje eléctrico) a un cristal y ven cómo responden las diferentes conexiones ("puntos" atómicos).
"La idea de este trabajo nació cuando estaba dando una charla coloquial en TU Freiberg, presentando nuestra nueva técnica para difracción de rayos X de resolución temporal e investigando material piezoeléctrico. Nuestros colegas en Freiberg habían estado investigando volúmenes de cristales de SrTiO3 cerca de la superficie creados artificialmente, con propiedades diferentes del SrTiO3 a granel normal, "dijo Semën Gorfman, un físico de la Universidad de Siegen.
El equipo de investigación de Siegen había desarrollado un equipo experimental único para investigar estructuras cristalinas en un campo que varía periódicamente utilizando difracción de rayos X que es móvil y puede conectarse a cualquier instrumento disponible. como un difractómetro de rayos X de laboratorio casero o una línea de luz de sincrotrón.
"Dado que las mediciones no son rutinarias, este equipo experimental hace que nuestra investigación sea verdaderamente única y original, ", Dijo Gorfman." Resultó que la técnica desarrollada en Siegen, se correspondía idealmente con la dirección de investigación en la que estaba trabajando el equipo de Freiberg, así que se nos ocurrió la hipótesis que se iba a probar (piezoelectricidad en la fase cercana a la superficie modificada en el campo del cristal de SrTiO3), y un método experimental sugerido (difracción de rayos X estroboscópica resuelta en el tiempo), realizó el experimento y obtuvo resultados ".
Este trabajo muestra que se pueden crear artificialmente nuevas propiedades físicas, informando el efecto piezoeléctrico en la nueva fase diseñada artificialmente de SrTiO3, un material que no es piezoeléctrico en condiciones normales.
"Creemos que las propiedades físicas de la fase polar inducida por el campo de migración en SrTiO3 abre un nuevo e interesante capítulo para la investigación, Dijo Gorfman. "El desafío ahora es hacer que el efecto sea práctico para que pueda usarse en dispositivos".
