p Uma comparação de materiais ferroelétricos, alguns dos quais exibem o efeito piezoelétrico longitudinal negativo. Os materiais com ferroeletricidade com aumento de pressão estão sublinhados. Crédito:Liu et al. © 2017 American Physical Society
p (Phys.org) - O efeito piezoelétrico, que faz com que um material se expanda ao longo da direção de um campo elétrico aplicado, é comum em muitos materiais e usado em uma variedade de tecnologias, de ultrassom médico a eletrônicos movidos a vibração. Mas o efeito piezoelétrico negativo, em que um material se contrai em vez de se expandir na direção do campo elétrico aplicado, foi considerada uma anomalia rara e contra-intuitiva, e tem recebido pouca atenção. p Agora em um novo artigo publicado em
Cartas de revisão física , os físicos Shi Liu e R. E. Cohen no Carnegie Institute for Science em Washington, D.C., identificaram 93 materiais que exibem o efeito piezoelétrico negativo, mostrando que é muito mais comum do que se pensava. Eles também investigaram as origens do efeito piezoelétrico negativo, o que pode levar ao desenvolvimento de novos dispositivos piezoelétricos.
p "O efeito piezoelétrico longitudinal negativo não foi bem examinado no passado, "Cohen disse
Phys.org . "Nosso artigo é o primeiro trabalho a realizar uma investigação sistemática do mecanismo do efeito piezoelétrico negativo. Aproveitando o banco de dados de materiais de código aberto bem curado hospedado pelo Materials Project, somos capazes de identificar rapidamente cerca de 100 materiais que possuem essa resposta incomum literalmente em minutos. Este trabalho destaca como cálculos mecânicos quânticos detalhados e informática de materiais podem trabalhar juntos para acelerar a descoberta e o projeto de materiais. "
p Como os pesquisadores explicaram, a piezoeletricidade contém dois componentes:uma contribuição de íons fixos, que é puramente eletrônico, e uma contribuição de tensão interna, que surge de relaxamentos atômicos microscópicos.
p No novo estudo, os físicos descobriram que a principal diferença entre os materiais piezoelétricos convencionais e negativos é que a contribuição é maior. Em piezoelétricos convencionais, a contribuição da deformação interna domina, enquanto em piezoelétricos negativos a resposta de íons presos domina, indicando a presença de fortes ligações iônicas e pequenos relaxamentos atômicos nestes materiais.
p Os pesquisadores então pesquisaram um banco de dados existente de quase 1000 materiais piezoelétricos e identificaram 93 compostos que possuíam um componente de íon clamped dominante, marcando-os como piezoelétricos negativos.
p Em sua análise, os físicos também descobriram outra característica incomum de materiais piezoelétricos negativos, que é que a alta pressão aumenta sua ferroeletricidade. Isso é o oposto do que é observado em materiais piezoelétricos convencionais, onde altas pressões causam uma diminuição na ferroeletricidade. Os pesquisadores esperam que esta ferroeletricidade com aumento de pressão de materiais piezoelétricos negativos possa levar ao design de novos dispositivos.
p "Este trabalho ilustra o poder da teoria e da informática juntas, e nós (e outros) podemos usar essa abordagem para encontrar outros novos tipos de materiais interessantes, "Liu disse." Em relação aos piezoelétricos, esperamos que este trabalho inspire estudos experimentais do efeito piezoelétrico longitudinal negativo. Nossos colegas aqui estão trabalhando para sintetizar alguns dos compostos com resposta piezoelétrica negativa que propomos no artigo. Também será muito interessante investigar o que acontecerá se criarmos um sistema de material compósito com camadas alternadas de piezoelétricos convencionais com resposta positiva e aqueles com resposta negativa. Quando você liga o campo elétrico, algumas camadas irão se expandir enquanto algumas camadas irão se contrair. Essa competição pode dar origem a uma física incomum e, potencialmente, permitir novas aplicações. " p © 2017 Phys.org