Las cerámicas de óxido nanocompuesto tienen usos potenciales como ferroeléctricos, conductores de iones rápidos, y combustibles nucleares y para el almacenamiento de desechos nucleares, generando un gran interés científico sobre la estructura, propiedades, y aplicaciones de estos materiales mezclados.

"Las interfaces que separan las diferentes regiones cristalinas determinan el transporte, eléctrico, y propiedades de radiación del material en su conjunto, "dijo Pratik Dholabhai, investigador principal del Laboratorio Nacional de Los Alamos en el proyecto. "Es en la composición química de estas interfaces donde podemos mejorar características como la tolerancia al daño por radiación y la conducción rápida de iones".

Un compuesto es un material que contiene granos, o trozos, de varios materiales diferentes. En un nanocompuesto, el tamaño de cada uno de estos granos es del orden de nanómetros, aproximadamente 1000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano. En el contexto de la energía nuclear, Se han propuesto compuestos para el combustible en sí, como una forma por ejemplo, para mejorar las propiedades básicas del material, como la conductividad térmica. Es la conductividad térmica la que dicta la eficacia con la que se puede extraer la energía del combustible. También se han creado composites para almacenar los subproductos del ciclo de la energía nuclear, desperdicios nucleares, donde los diferentes componentes del compuesto pueden almacenar cada uno una parte diferente de los residuos.

Sin embargo, los compuestos tienen aplicaciones mucho más amplias. Las interfaces proporcionan regiones de propiedades iónicas y electrónicas únicas y se han estudiado para mejorar la conductividad para aplicaciones relacionadas con baterías y pilas de combustible.

Misterios de las dislocaciones inadaptadas

Usando simulaciones que explican explícitamente la posición de cada átomo dentro del material, el equipo de investigación de Los Alamos examinó la interfaz entre SrTiO3 y MgO, demostrando por primera vez, una fuerte dependencia de la estructura de dislocación en las heterointerfaces de óxido de la química de terminación. SrTiO3 se puede ver como un pastel de capas, con planos alternos de SrO y TiO2. Por lo tanto, en principio, al combinar SrTiO3 con otro material, Existe la posibilidad de elegir qué capa está en contacto con el otro material. Las simulaciones revelan que las interfaces terminadas en SrO y TiO2 exhiben estructuras atómicas notablemente diferentes. Estas estructuras, caracterizado por las llamadas dislocaciones inadaptadas que se forman cuando los dos materiales no coinciden exactamente en tamaño, dictar las propiedades funcionales de la interfaz, como la conductividad.

La relación observada entre la química de terminación y la estructura de dislocación de la interfaz ofrece posibles vías para adaptar las propiedades de transporte y la resistencia al daño por radiación de los nanocompuestos de óxido mediante el control de la química de terminación en la interfaz. Esto podría conducir a nuevos materiales funcionales en varias áreas tecnológicas. "Creemos que este descubrimiento, que la estructura de la interfaz es sensible a la química de la interfaz, abrirá la puerta a nuevas direcciones de investigación en nanocomposites de óxido, "dijo Blas Uberuaga, investigador principal del esfuerzo.