Gli scienziati dell'EPFL hanno fatto un'importante scoperta sulla struttura del titanato di bario, un materiale utilizzato negli oggetti di uso quotidiano. Le loro scoperte confutano le teorie esistenti sullo spostamento degli atomi del materiale.

Il titanato di bario è un materiale ferroelettrico utilizzato in quasi tutti i dispositivi elettronici:computer, smartphone e persino auto elettriche. È usato per creare i sensori e i condensatori su cui funzionano, Per esempio. "Un singolo smartphone ha generalmente circa 700 condensatori contenenti titanato di bario, e trilioni di questi condensatori vengono prodotti ogni anno, "dice Dragan Damjanovic, un professore dell'EPFL e capo del gruppo per i ferroelettrici e gli ossidi funzionali presso la School of Engineering dell'EPFL. Nonostante l'uso diffuso del titanato di bario, però, i ricercatori non hanno ancora compreso appieno come funziona. "Ci sono ovviamente modelli teorici là fuori, ma alcune delle loro previsioni chiave non sono mai state confermate sperimentalmente. Quindi questo è quello che abbiamo deciso di fare, "dice Damjanovic.

Uno dei microscopi più potenti al mondo

Emad Oveisi, uno scienziato senior presso il Centro interdisciplinare di microscopia elettronica dell'EPFL, suggerito che Damjanovic e il suo dottorato di ricerca. lo studente Sina Hashemizadeh usa il Titan Themis del suo centro, uno dei microscopi elettronici più potenti del mondo, per le sue ricerche. Il Titan Themis ha permesso agli scienziati di osservare le strutture atomiche del titanato di bario e del titanato di bario-stronzio nella fase cubica. Era il 2015 quando hanno ottenuto le prime immagini; ci sono voluti altri cinque anni per analizzare e verificare i loro risultati. "Fino ad ora, i ricercatori credevano che gli atomi si muovessero in diverse direzioni in un lasso di tempo molto breve. Ma i nostri esperimenti hanno mostrato che tendono a preferire certe direzioni, il che significa che ci sono aree di dimensioni nanometriche in cui tutti gli atomi si muovono allo stesso modo. Questo cambia completamente il modo in cui vediamo questi materiali e la loro struttura atomica, " dice Oveisi. Poiché le loro scoperte contraddicevano il pensiero corrente, gli scienziati volevano assicurarsi che avessero ragione. Così hanno testato e controllato i loro risultati più volte, anche con colleghi in Slovenia, Austria e Giappone. Ecco perché ci sono voluti cinque anni per finalizzare i risultati. Lo studio è stato ora pubblicato su Comunicazioni sulla natura .

Fenomeni di piccola scala con ripercussioni su larga scala

Grazie ai metodi avanzati di analisi delle immagini, gli scienziati sono stati in grado di identificare dove nel materiale gli atomi si muovono in modo ordinato. "Quando si parla di movimenti, in realtà ci riferiamo a spostamenti che avvengono su scala picometrica, cioè un ordine di grandezza più piccolo degli atomi stessi, " dice Oveisi. Damjanovic aggiunge:"Anche se gli spostamenti sono estremamente piccoli, hanno ripercussioni su scala molto più ampia. Ad esempio, se esponiamo le aree nanometriche che abbiamo identificato a un campo elettrico ad alta frequenza come quelli degli smartphone, le aree si surriscaldano." Le scoperte del suo team potrebbero quindi essere estremamente utili per comprendere meglio la perdita di energia in questo tipo di materiali.

Allora qual è il prossimo passo? "La ricerca non finisce mai!" dice Damjanovic. "La questione se lo spostamento nanometrico abbia davvero un ruolo nel riscaldamento del materiale deve essere testata. E se lo fa, il prossimo passo sarà lo sviluppo di materiali in cui la dimensione dell'area di spostamento è ridotta al minimo per migliorare le proprietà del materiale".