Um esforço colaborativo entre grupos de pesquisa da Universidade Técnica de Freiberg e da Universidade de Siegen, na Alemanha, demonstra que as propriedades físicas do SrTiO3, ou titanato de estrôncio, em sua forma de cristal único pode ser alterado por um tratamento elétrico relativamente simples. SrTi03 é um mineral frequentemente estudado por suas propriedades supercondutoras.
O tratamento, descrito esta semana em Cartas de Física Aplicada , cria o efeito conhecido como piezoeletricidade, onde a eletricidade resulta de estresse mecânico, no material que originalmente não viu os efeitos piezoelétricos. Isso pode ser extremamente importante, pois nossa sociedade orientada para a tecnologia faz demandas cada vez maiores por novos materiais e propriedades incomuns.
Os materiais cristalinos são feitos de átomos e elétrons, que se organizam em padrões periódicos. A estrutura atômica de um cristal é semelhante a um pedaço de um padrão de costura cruzada, mas a escala é cerca de dez milhões de vezes menor. Embora uma técnica de costura cruzada possa ser complicada no início, uma vez que você aprende o padrão, basta repetir os mesmos pontos para preencher o espaço disponível. A natureza funciona da mesma maneira na construção de cristais:ela "aprende" como conectar átomos uns com os outros em uma chamada célula unitária e, em seguida, repete esse bloco de construção para preencher o espaço, formando uma estrutura de cristal.
Olhar para uma estrutura de cristal é como olhar para um tecido através de uma lupa. Usando uma técnica chamada difração de raios-X, pesquisadores aplicam estímulos externos (por exemplo, esticar ou uma voltagem elétrica) a um cristal e ver como diferentes conexões ("pontos" atômicos) respondem.
“A ideia para este trabalho nasceu quando eu estava dando uma palestra no TU Freiberg, apresentando nossa nova técnica para difração de raios-X resolvida no tempo e investigando material piezoelétrico. Nossos colegas em Freiberg estavam investigando volumes próximos à superfície criados artificialmente de cristais de SrTiO3, com propriedades diferentes do SrTiO3 em massa normal, "disse Semën Gorfman, um físico da Universidade de Siegen.
A equipe de pesquisa de Siegen desenvolveu um equipamento experimental exclusivo para investigar estruturas cristalinas em um campo que varia periodicamente, usando difração de raios-X que é móvel e pode se conectar a qualquer instrumento disponível, como um difratômetro de raios-X de laboratório doméstico ou uma linha de luz síncrotron.
"Como as medições não são rotineiras, este equipamento experimental torna nossa pesquisa verdadeiramente única e original, "Gorfman disse." Acontece que a técnica desenvolvida em Siegen, era ideal para a direção de pesquisa em que a equipe de Freiberg estava trabalhando, então, propusemos a hipótese a ser testada (piezoeletricidade na fase próxima à superfície modificada em campo do cristal de SrTiO3), e um método experimental sugerido (difração de raios-X estroboscópica resolvida no tempo), realizaram o experimento e obtiveram resultados. "
Este trabalho mostra que novas propriedades físicas podem ser criadas artificialmente, relatando o efeito piezoelétrico na nova fase projetada artificialmente de SrTiO3, um material que não é piezoelétrico em condições normais.
"Acreditamos que as propriedades físicas da fase polar induzida pelo campo de migração em SrTiO3 abre um novo e interessante capítulo para a pesquisa, Disse Gorfman. “O desafio agora é tornar o efeito prático para que possa ser usado em aparelhos”.
