(Phys.org) —El efecto piezoeléctrico, que hace que un material se expanda a lo largo de la dirección de un campo eléctrico aplicado, es común en muchos materiales y se utiliza en una variedad de tecnologías, desde el ultrasonido médico hasta la electrónica alimentada por vibraciones. Pero el efecto piezoeléctrico negativo, en el que un material se contrae en lugar de expandirse en la dirección del campo eléctrico aplicado, ha sido considerada una anomalía rara y contradictoria, y ha recibido poca atención.

Ahora, en un nuevo artículo publicado en Cartas de revisión física , los físicos Shi Liu y R. E. Cohen del Carnegie Institute for Science en Washington, CORRIENTE CONTINUA., han identificado 93 materiales que exhiben el efecto piezoeléctrico negativo, mostrando que es mucho más común de lo que se pensaba. También investigaron los orígenes del efecto piezoeléctrico negativo, lo que puede conducir al desarrollo de nuevos dispositivos piezoeléctricos.

"El efecto piezoeléctrico longitudinal negativo no se examinó bien en el pasado, "Cohen dijo Phys.org . "Nuestro artículo es el primer trabajo que lleva a cabo una investigación sistemática del mecanismo del efecto piezoeléctrico negativo. Aprovechando la base de datos de materiales de código abierto bien curada que alberga el Proyecto de Materiales, podemos identificar rápidamente casi 100 materiales que poseen esta respuesta inusual literalmente en minutos. Este trabajo destaca cómo los cálculos detallados de la mecánica cuántica y la informática de materiales pueden trabajar juntos para acelerar el descubrimiento y el diseño de materiales ".

Como explicaron los investigadores, La piezoelectricidad contiene dos componentes:una contribución de iones fijados, que es puramente electrónico, y una contribución de tensión interna, que surge de relajaciones atómicas microscópicas.

En el nuevo estudio, los físicos descubrieron que la diferencia clave entre los materiales piezoeléctricos convencionales y negativos es qué contribución es mayor. En piezoeléctricas convencionales, la contribución de la tensión interna domina, mientras que en piezoeléctricas negativas domina la respuesta de iones sujetos, indicando la presencia de enlaces iónicos fuertes y pequeñas relajaciones atómicas en estos materiales.

Luego, los investigadores buscaron en una base de datos existente de casi 1000 materiales piezoeléctricos e identificaron 93 compuestos que poseen un componente de iones de sujeción dominante. marcándolos como piezoeléctricos negativos.

En su análisis, los físicos también descubrieron otra característica inusual de los materiales piezoeléctricos negativos, que es que la alta presión mejora su ferroelectricidad. Esto es lo contrario de lo que se observa en los materiales piezoeléctricos convencionales, donde las altas presiones provocan una disminución de la ferroelectricidad. Los investigadores esperan que esta ferroelectricidad mejorada por la presión de los materiales piezoeléctricos negativos pueda conducir al diseño de nuevos dispositivos.

"Este trabajo ilustra el poder de la teoría y la informática juntas, y nosotros (y otros) podemos utilizar este enfoque para encontrar otros tipos nuevos de materiales interesantes, "Dijo Liu." Con respecto a los piezoeléctricos, Esperamos que este trabajo inspire estudios experimentales del efecto piezoeléctrico longitudinal negativo. Nuestros colegas aquí están trabajando para sintetizar algunos de los compuestos con respuesta piezoeléctrica negativa que propusimos en el documento. También será muy interesante investigar qué pasará si creamos un sistema de material compuesto con capas alternas de piezoeléctricas convencionales con respuesta positiva y aquellas con respuesta negativa. Cuando enciendes el campo eléctrico, algunas capas se expandirán mientras que otras se contraerán. Tal competencia puede dar lugar a una física inusual y potencialmente permitir nuevas aplicaciones ".

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