(sinistra) mappa spaziale di diffrazione di raggi X a scansione su nanoscala del picco (220) Mc in BaTiO3 e (destra) immagine di diffrazione dello spot 2; barra della scala 8 um. Questa immagine di proiezione è dell'intera struttura, che esiste pochi micron nel materiale.
(Phys.org) —Nuove sottofasi monocliniche in BaTiO . ferroelettrico 3 sono stati osservati dagli utenti del Center for Nanoscale Materials dell'ANL della Pennsylvania State University in collaborazione con il X-Ray Microscopy Group della CNM e gli scienziati del Center for Nanophase Materials Sciences.
Le fasi intermedie a bassa simmetria recentemente scoperte si trovano stabilizzate localmente vicino ai confini di fase termotropica in semplici ferroelettrici, e mostrano grandi miglioramenti nei coefficienti di proprietà ottici e piezoelettrici non lineari. I risultati rivelano che le transizioni di fase nei materiali ferroelettrici sono intimamente accoppiate alla microstruttura del dominio sottostante. Le misurazioni della diffrazione dei raggi X a scansione su nanoscala che sfruttano l'esclusiva sensibilità strutturale della nanosonda a raggi X duri CNM hanno dimostrato senza ambiguità la natura intrinseca monoclina della sottofase. La scoperta presenta opportunità uniche per la progettazione di materiali energetici "verdi" ad alte prestazioni su nanoscala.
Anche in BaTiO . senza piombo 3 e KNbO 3 , materiali classici conosciuti e studiati da più di 60 anni, questa nuova osservazione mostra che i domini possono conferire un carattere termotropico alle loro transizioni di fase altrimenti ben note. Ciò porta all'emergere di fasi monocliniche intermedie in un ampio intervallo di temperature attorno alle transizioni interferroelettriche convenzionali.
Poiché questo fenomeno è dovuto alle interazioni meccaniche e dipolari tra domini ferroelettrici-ferroelastici concorrenti in una microstruttura di domini complessa, sono necessarie misurazioni multi-tecnica avanzate risolte su nanoscala nella stessa posizione spaziale per rivelare correttamente la fisica sottostante a livello microscopico. Questo lavoro mostra che nelle fasi intermedie stabilizzate, sia le proprietà ottiche piezoelettriche che quelle non lineari possono essere fortemente migliorate e persino nuovamente indotte. Poiché il meccanismo di abbassamento della simmetria attraverso sollecitazioni e campi è in linea di principio universale per tutti i sistemi di cristalli ferroelettrici non triclini, questi risultati suggeriscono una serie di possibilità per la progettazione di fasi ad alte prestazioni che possono creare materiali energetici unici su scala nanometrica da semplici materiali ferroelettrici senza piombo.
La linea di luce della nanosonda a raggi X duri si trova presso l'Advanced Photon Source di Argonne.
