I fisici dell'Università Martin Luther di Halle-Wittenberg (MLU) e dell'Istituto Max Planck per la fisica delle microstrutture di Halle, in collaborazione con ricercatori cinesi e statunitensi, hanno scoperto come funziona un promettente materiale senza piombo. Il materiale, una ferrite di bismuto, ha il potenziale per sostituire il titanato di zirconato di piombo (PZT), un materiale piezoelettrico utilizzato in una varietà di applicazioni tra cui dispositivi a ultrasuoni, sensori e attuatori.

Il PZT è un materiale piezoelettrico molto efficiente, ma contiene piombo, che è tossico e dannoso per l'ambiente. La ferrite di bismuto è un'alternativa senza piombo studiata da tempo, ma le sue proprietà piezoelettriche non sono così ben comprese come quelle della PZT.

I ricercatori hanno utilizzato una combinazione di tecniche sperimentali e calcoli teorici per determinare come funziona la ferrite di bismuto. Hanno scoperto che le proprietà piezoelettriche del materiale sono dovute allo spostamento degli atomi di bismuto e di ossigeno all'interno della struttura cristallina. Questo spostamento crea un momento dipolare elettrico netto, responsabile delle proprietà piezoelettriche del materiale.

Le scoperte dei ricercatori forniscono una nuova comprensione del funzionamento della ferrite di bismuto, che potrebbe portare allo sviluppo di nuovi materiali piezoelettrici senza piombo con proprietà migliorate. Ciò potrebbe avere un impatto significativo su un’ampia gamma di applicazioni, dai dispositivi a ultrasuoni ai sensori e agli attuatori.

Lo studio, "Osservazione diretta del meccanismo di spostamento del bismuto e dell'ossigeno nella ceramica di ferrite di bismuto piezoelettrica senza piombo", è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.