(esquerda) Mapa espacial de difração de raios-X de varredura em nanoescala do (220) pico de Mc em BaTiO3 e (direita) imagem de difração do ponto 2; barra de escala 8 um. Esta imagem de projeção é de toda a estrutura, que existe alguns mícrons no material.
(Phys.org) —Novel monoclínica subfases em ferroelétrico BaTiO 3 foram observados pelos usuários do Centro de Materiais em Nanoescala da ANL da Universidade Estadual da Pensilvânia em colaboração com o Grupo de Microscopia de Raios X da CNM e cientistas do Centro de Ciências de Materiais em Nanofase.
As fases intermediárias de baixa simetria recém-descobertas são encontradas localmente estabilizadas perto dos limites de fase termotrópica em ferroelétricos simples, e eles exibem grandes melhorias em coeficientes de propriedade ópticos e piezoelétricos não lineares. Os resultados revelam que as transições de fase em ferroelétricos estão intimamente acopladas à microestrutura do domínio subjacente. Medições de difração de raios-X de varredura em nanoescala aproveitando a sensibilidade estrutural única da nanossonda dura de raios-X CNM demonstraram de forma inequívoca a natureza monoclínica intrínseca da subfase. A descoberta apresenta oportunidades únicas para o projeto de materiais de energia em nanoescala de alto desempenho "verdes".
Mesmo em BaTiO sem chumbo 3 e KNbO 3 , materiais clássicos que são conhecidos e estudados há mais de 60 anos, esta nova observação mostra que os domínios podem emprestar um caráter termotrópico às suas transições de fase bem conhecidas. Isso leva ao surgimento de fases monoclínicas intermediárias em uma ampla faixa de temperatura em torno das transições interferroelétricas convencionais.
Como este fenômeno é devido às interações mecânicas e dipolares entre domínios ferroelétricos-ferroelásticos concorrentes em uma microestrutura de domínio complexo, medições avançadas multitécnicas resolvidas em nanoescala na mesma localização espacial são necessárias para revelar adequadamente a física subjacente em um nível microscópico. Este trabalho mostra que nas fases intermediárias estabilizadas, as propriedades ópticas piezoelétricas e não lineares podem ser fortemente aumentadas e mesmo induzidas de novo. Uma vez que o mecanismo de redução da simetria por meio de tensões e campos é, em princípio, universal para todos os sistemas de cristal ferroelétrico não triclínico, esses resultados sugerem uma série de possibilidades para o projeto de fases de alto desempenho que podem criar materiais de energia em nanoescala exclusivos a partir de ferroelétricos simples sem chumbo.
A linha de luz Hard X-ray Nanoprobe está localizada na Fonte Avançada de Fótons de Argonne.
