A prima vista, dispositivi di imaging biomedico, telefono cellulare, e i radiotelescopi potrebbero non avere molto in comune, ma sono tutti esempi di tecnologie che possono trarre vantaggio da certi tipi di rilassanti o ferroelettrici, ceramiche che cambiano forma sotto l'applicazione di un campo elettrico.

Le proprietà elettromeccaniche all'interno di questi materiali sono più forti a specifiche combinazioni di temperatura e campi elettrici applicati. Due ex ricercatori post-dottorato presso l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti stanno tornando alle loro radici di scienze dei neutroni presso l'ORNL Spallation Neutron Source (SNS) per studiare questo fenomeno.

Colleghi e collaboratori frequenti Abhijit Pramanick della City University di Hong Kong e Mads Ry Jørgensen della Aarhus University in Danimarca si sono incontrati per la prima volta durante la National School on Neutron and X-Ray Scattering (NXS) nel 2008. Il loro ultimo progetto prevede l'applicazione di campi elettrici e la variazione temperature ai campioni monocristallini utilizzando lo strumento TOPAZ, Linea di raggi SNS 12, per esaminare come gli atomi del materiale vengono spostati in quelle condizioni. Dicono che una migliore comprensione dei comportamenti del materiale dovrebbe aiutare nello sviluppo di nuovi progetti ferroelettrici relaxor con proprietà migliorate e possibilmente quelli più ecologici, pure.

"Interessante, quando si espone questo materiale a determinate temperature sotto determinati campi elettrici, si ottiene un grande aumento delle risposte elettromeccaniche, " Ha detto Pramanick. "Ma non capiamo davvero perché accade in tali condizioni. Stiamo cercando di capire il meccanismo atomistico".

Jørgensen, che gestisce anche la linea di fascio DanMAX presso il Laboratorio MAX IV in Svezia, ha spiegato che i dettagli precisi su come funzionano questi materiali rimangono un argomento popolare di ricerca in corso perché gli scienziati hanno studiato questi meccanismi per più di 50 anni senza risultati conclusivi.

Per le risposte, il team si è rivolto ai neutroni. I neutroni forniscono una sonda non distruttiva che i ricercatori possono utilizzare per interagire con i materiali per raccogliere dati sulle strutture e sui comportamenti atomici dei materiali.

"La cosa veramente interessante è la combinazione di alte temperature e campi elettrici. Quando provi a implementarla per cristalli molto piccoli come quelli che stiamo usando qui, è un esperimento molto difficile da fare, " ha detto Pramanic.

"Normalmente, studiare questi cristalli sarebbe come stare su un lato di un edificio ma dover percorrere l'intero perimetro per avere una visione completa, "Jørgensen ha detto, "ma TOPAZ offre una visione completa di tutti e quattro i lati contemporaneamente, che ci consente di sondare il modello di diffrazione in 3-D senza ruotare il campione".

I ricercatori stanno anche studiando l'importanza del piombo nei materiali ferroelettrici. Un componente essenziale dei ferroelettrici relaxor, il piombo comporta anche rischi ambientali, dal contribuire all'inquinamento atmosferico all'influenzare negativamente gli ecosistemi fragili.

"Dobbiamo imparare cosa rende il piombo così importante, " disse Pramanick. "Se riusciamo a capire meglio i meccanismi atomistici, possiamo progettare nuovi materiali che siano più rispettosi dell'ambiente ma che ottengano comunque proprietà simili."

Entrambi i ricercatori sono entusiasti di perseguire questi obiettivi presso SNS. "È sempre bello tornare, " Pramanick ha detto. "Ci piace vedere come la struttura continua a crescere".