Un artículo reciente dirigido por la UNSW publicado en Nature Communications presenta una nueva y emocionante forma de escuchar avalanchas de átomos en cristales.
El movimiento a nanoescala de los átomos cuando los materiales se deforman conduce a la emisión de sonido. Este llamado ruido crepitante es un fenómeno de escala invariante que se encuentra en varios sistemas materiales como respuesta a estímulos externos como fuerza o campos externos.
Los movimientos bruscos de materiales en forma de avalanchas pueden abarcar muchos órdenes de magnitud y seguir reglas de escala universales descritas por leyes de potencia. El concepto se estudió originalmente como ruido de Barkhausen en materiales magnéticos y ahora se utiliza en diversos campos, desde la investigación de terremotos y el monitoreo de materiales de construcción hasta la investigación fundamental que involucra transiciones de fase y redes neuronales.
El nuevo método para medir el ruido crepitante a nanoescala desarrollado por investigadores de la UNSW y la Universidad de Cambridge se basa en la nanoindentación SPM.
"Nuestro método nos permite estudiar el ruido crepitante de características individuales a nanoescala en materiales, como las paredes de dominio en ferroeléctricos", dice el autor principal, el Dr. Cam Phu Nguyen. "Los tipos de avalanchas de átomos difieren alrededor de estas estructuras cuando el material se deforma."
Uno de los aspectos más intrigantes del método es el hecho de que las características individuales a nanoescala se pueden identificar tomando imágenes de la superficie del material antes de sangrarla. Esta diferenciación permite nuevos estudios que antes no eran posibles.
En una primera aplicación de la nueva tecnología, los investigadores de la UNSW han utilizado el método para investigar discontinuidades en materiales ordenados, llamados muros de dominio.
"Los muros de dominio han sido el foco de nuestra investigación durante algún tiempo. Son muy atractivos como componentes básicos para la electrónica posterior a la ley de Moore", dice el autor, el profesor Jan Seidel, también de la UNSW. "Demostramos que los exponentes críticos de las avalanchas se alteran en estas características a nanoescala, lo que lleva a una supresión de la criticidad mixta, que de otro modo estaría presente en los dominios".
Desde la perspectiva de las aplicaciones y las nuevas funcionalidades de los materiales, la microscopía del ruido crepitante presenta una nueva oportunidad para generar conocimientos avanzados sobre dichas características a nanoescala. El estudio analiza aspectos experimentales del método y proporciona una perspectiva sobre futuras direcciones y aplicaciones de investigación.
Más información: Cam-Phu Thi Nguyen et al, Microscopía de ruido crepitante, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40665-4
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por el Centro de Excelencia ARC en Tecnologías Electrónicas Futuras de Baja Energía (FLEET)
