A primera vista, dispositivos de imágenes biomédicas, celulares, y los radiotelescopios pueden no tener mucho en común, pero todos son ejemplos de tecnologías que pueden beneficiarse de ciertos tipos de relajantes o ferroeléctricos, cerámicas que cambian de forma bajo la aplicación de un campo eléctrico.

Las propiedades electromecánicas dentro de estos materiales son más fuertes en combinaciones específicas de temperatura y campos eléctricos aplicados. Dos ex investigadores postdoctorales del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía de EE. UU. Están regresando a sus raíces en las ciencias de los neutrones en la fuente de neutrones por espalación (SNS) de ORNL para estudiar este fenómeno.

Colegas y colaboradores frecuentes Abhijit Pramanick de la City University of Hong Kong y Mads Ry Jørgensen de la Aarhus University en Dinamarca se conocieron por primera vez durante la Escuela Nacional de Neutrones y Dispersión de Rayos X (NXS) en 2008. Su último proyecto consiste en aplicar campos eléctricos y variar temperaturas a muestras monocristalinas utilizando el instrumento TOPAZ, Línea de haz SNS 12, para examinar cómo se desplazan los átomos del material en esas condiciones. Dicen que una mejor comprensión de los comportamientos del material debería ayudar en el desarrollo de nuevos diseños ferroeléctricos relajantes con propiedades mejoradas, y posiblemente otros que sean más ecológicos. también.

"Curiosamente, cuando expone este material a ciertas temperaturas bajo ciertos campos eléctricos, obtienes un gran aumento en las respuestas electromecánicas, ", Dijo Pramanick." Pero realmente no entendemos por qué sucede en tales condiciones. Estamos tratando de comprender el mecanismo atomístico ".

Jørgensen, quien también gestiona la línea de haz DanMAX en el Laboratorio MAX IV en Suecia, Explicó que los detalles finos de cómo funcionan estos materiales siguen siendo un tema popular de investigación en curso porque los científicos han estado estudiando estos mecanismos durante más de 50 años sin resultados concluyentes.

Para obtener respuestas, el equipo se volvió hacia los neutrones. Los neutrones proporcionan una sonda no destructiva que los investigadores pueden utilizar para interactuar con los materiales y recopilar datos sobre las estructuras atómicas y los comportamientos de los materiales.

"Lo que es realmente interesante es la combinación de altas temperaturas y campos eléctricos. Cuando intentas implementar eso para cristales muy pequeños como los que estamos usando aquí, ese es un experimento muy difícil de hacer, ", Dijo Pramanick.

"Normalmente, estudiar estos cristales sería como estar de pie en un lado de un edificio pero necesitar caminar alrededor de todo el perímetro para tener una vista completa, "Jørgensen dijo, "pero TOPAZ ofrece una vista completa de los cuatro lados a la vez, lo que nos permite sondear el patrón de difracción en 3-D sin rotar la muestra ".

Los investigadores también están investigando la importancia del plomo en materiales ferroeléctricos. Componente esencial de los ferroeléctricos relajantes, el plomo también plantea riesgos medioambientales, de contribuir a la contaminación del aire a afectar negativamente a ecosistemas frágiles.

"Necesitamos aprender qué hace que el plomo sea tan importante, ", Dijo Pramanick." Si podemos comprender mejor los mecanismos atomísticos, podemos diseñar nuevos materiales que sean más respetuosos con el medio ambiente pero que aún obtengan propiedades similares ".

Ambos investigadores están encantados de perseguir estos objetivos en SNS. "Siempre es bueno volver, ", Dijo Pramanick." Nos encanta ver cómo la instalación sigue creciendo ".