Los científicos han logrado un gran avance en la comprensión de las propiedades de un material en forma de película delgada que puede cambiar de forma bajo tensión y viceversa. Este material, llamado relajante ferroeléctrico, contiene una mezcla compleja de plomo, magnesio, niobio y titanio.
Sus propiedades únicas permiten su uso en una variedad de tecnologías, incluida la memoria de computadora, láseres para instrumentos científicos y sensores para mediciones ultraprecisas.
Hasta ahora, los investigadores han estudiado los cambios en las propiedades de los materiales a escala nano y micro, ignorando la escala mesoscópica, que abarca desde 10 milmillonésimas hasta 1 millonésimas de metro.
Un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU., la Universidad Rice y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del DOE pudieron determinar las propiedades de mesoescala de un relajante ferroeléctrico bajo la influencia de un campo eléctrico.
Un relajante ferroeléctrico se caracteriza por pequeños pares de cargas positivas y negativas, o dipolos, que se agrupan en grupos llamados “nanodominios polares”. Cuando se exponen a un campo eléctrico, estos dipolos se alinean en una dirección, lo que hace que el material cambie de forma o se deforme.
Asimismo, la aplicación de tensión puede cambiar la dirección del dipolo, creando un campo eléctrico.
Utilizando una capacidad llamada nanodifracción coherente de rayos X, disponible a través de la nanosonda de rayos X duros en el Laboratorio Nacional Argonne, los científicos pudieron mapear las estructuras de mesoescala dentro del relajante. Los resultados mostraron que, bajo la influencia de un campo eléctrico, los nanodominios se autoorganizan en estructuras de mesoescala que consisten en dipolos dispuestos en un patrón complejo en forma de mosaico.
El equipo identificó lugares de deformación a lo largo de los bordes de este patrón y áreas que respondían con más fuerza al campo eléctrico.
“Estas estructuras submicroescala representan una nueva forma de autoensamblaje de nanodominios, previamente desconocida. Sorprendentemente, pudimos rastrear sus orígenes hasta los movimientos atómicos básicos a nanoescala, ¡Lo cual es fantástico!”, dijo John Mitchell, miembro emérito de la Universidad de Argonne.
Comprender las estructuras de mesoescala abre un nuevo enfoque para diseñar dispositivos electromecánicos más pequeños que funcionan de formas que antes se consideraban imposibles.
Los haces de rayos X más brillantes y coherentes que ahora son posibles gracias a la reciente actualización de APS permitirán a los científicos mejorar aún más el dispositivo y evaluar su aplicación en microelectrónica energéticamente eficiente, como la computación neuromórfica modelada en el cerebro humano.