Quando scienziati e ingegneri scoprono nuovi modi per ottimizzare i materiali esistenti, apre la strada a innovazioni che rendono tutto più piccolo, dai nostri telefoni e computer alle nostre apparecchiature mediche, Più veloce, e più efficiente.

Secondo una ricerca pubblicata oggi da Nature Journal Materiali NPG Asia , un gruppo di ricercatori, guidati da Edwin Fohtung, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali al Rensselaer Polytechnic Institute, hanno trovato un nuovo modo per ottimizzare il nichel sbloccando proprietà che potrebbero consentire numerose applicazioni, dai biosensori all'informatica quantistica.

Hanno dimostrato che quando il nichel viene trasformato in estremamente piccoli, nanofili a cristallo singolo e sottoposti a energia meccanica, viene prodotto un enorme campo magnetico, un fenomeno noto come magnetostrizione gigante.

Inversamente, se viene applicato un campo magnetico al materiale, allora gli atomi all'interno cambieranno forma. Questo spostamento potrebbe essere sfruttato per raccogliere energia. Quella caratteristica, Fohtung ha detto, è utile per l'archiviazione e la raccolta dei dati, anche biosensori. Sebbene il nichel sia un materiale comune, la sua promessa in queste aree non era precedentemente nota.

"Immagina di costruire un sistema con grandi aree di nanofili. Potresti metterlo in un campo magnetico esterno e raccoglierebbe una quantità enorme di energia meccanica, ma sarebbe estremamente piccolo, "Ha detto Fotung.

I ricercatori hanno scoperto questa proprietà unica attraverso una tecnica chiamata microscopia senza lenti, in cui un sincrotrone viene utilizzato per raccogliere dati di diffrazione. Tali dati vengono quindi inseriti in algoritmi informatici per produrre immagini 3D di densità elettronica e spostamento atomico.

Utilizzando un approccio basato sui big data, Fohtung ha detto, questa tecnica può produrre immagini migliori rispetto ai microscopi tradizionali, dare ai ricercatori maggiori informazioni. Combina la fisica computazionale e sperimentale con la scienza dei materiali, un'intersezione delle sue molteplici aree di competenza.

"Questo approccio è in grado di vedere oggetti estremamente piccoli e scoprire cose che non avremmo mai pensato esistessero su questi materiali e sui loro usi, " Disse Fohtung. "Se usi lenti, c'è un limite a quello che puoi vedere. È determinato dalle dimensioni dell'obiettivo, la natura del tuo obiettivo, la curvatura della tua lente. Senza lenti, la nostra risoluzione è limitata solo dalla lunghezza d'onda della radiazione."

Fohtung ha usato questa stessa tecnica per mostrare che l'esaferrite di bario, un materiale universale e abbondante spesso usato nei nastri, CD, e componenti del computer:hanno simultaneamente una polarizzazione magnetica ed elettrica spontanea che aumenta e diminuisce se esposta a un campo elettrico. La proprietà, noto come ferroelettricità, è utile per scrivere velocemente, risparmio energetico, e archiviazione dei dati. Questi risultati sono stati recentemente pubblicati in Revisione fisica B .

Fohtung ritiene che l'approccio senza lenti allo studio delle sostanze consentirà ai ricercatori di apprendere ancora di più sui materiali allo stato solido, come quelli utilizzati nei dispositivi tecnologici. Potrebbe persino consentire una comprensione più profonda dei tessuti e delle cellule umani, che potrebbe essere visto in un habitat più naturale utilizzando questa tecnica.

"Ciò che mi entusiasma così tanto è il potenziale per il futuro. Ci sono così tanti materiali esistenti che non siamo in grado di capire le potenziali applicazioni, "Ha detto Fotung.