(Phys.org) — Ascolta nichel-titanio e tutte le altre leghe a memoria di forma, c'è un nuovo arrivato nel quartiere che ha appena vinto il campionato per l'elasticità ed è pronto a conquistare il mercato delle applicazioni a memoria di forma su scala nanometrica. Un team di ricerca del Berkeley Lab ha scoperto un modo per introdurre un ceppo recuperabile nella ferrite di bismuto fino al 14% su scala nanometrica, più grande di qualsiasi effetto a memoria di forma osservato in un metallo. Questa scoperta apre le porte ad applicazioni in una vasta gamma di campi, compreso medico, energia ed elettronica.

"La nostra ferrite di bismuto non solo ha mostrato il valore di memoria di forma del campione, era anche molto più stabile quando ridotto a dimensioni nanometriche rispetto alle leghe a memoria di forma, "dice Jinxing Zhang, un post-doc per questo studio sotto Ramamoorthy Ramesh della divisione di scienze dei materiali del Berkeley Lab e ora membro di facoltà presso la Beijing Normal University. "Anche perché la nostra ferrite di bismuto può essere attivata solo con un campo elettrico piuttosto che con i campi termici necessari per attivare le leghe a memoria di forma, il tempo di risposta è molto più veloce."

L'effetto a memoria di forma è l'equivalente metallico dell'elasticità, in cui un materiale solido "ricorda" e recupera la sua forma originale dopo essere stato deformato da una sollecitazione applicata. Nel passato, questo ha sempre comportato il riscaldamento. Le leghe a memoria di forma hanno avuto un grande impatto in campo medico con il più importante dei quali il nichel-titanio o "nitinol, " che viene utilizzato negli stent per angioplastica, e nei giunti meccanici. Si prevede inoltre che l'effetto memoria di forma avrà un impatto maggiore nelle applicazioni non mediche, come attuatori nei materiali intelligenti e nei sistemi microelettromeccanici (MEMS). Però, poiché le dimensioni delle attuali leghe a memoria di forma si riducono alla nanoscala, sorgono numerosi problemi e instabilità, compresa la fatica, microcricche e ossidazioni.

"Ottenendo l'effetto a memoria di forma in un materiale ossido piuttosto che in una lega metallica, eliminiamo i problemi di superficie e consentiamo l'integrazione con la microelettronica, ", afferma Zhang. "La nostra ferrite di bismuto mostra anche una densità di funzioni di lavoro estremamente elevata durante l'attuazione che è quasi due ordini di grandezza superiore a quella che può generare una lega metallica".

La ferrite di bismuto è un composto multiferroico composto da bismuto, ferro e ossigeno che è stato ampiamente studiato negli ultimi anni da Ramesh e dal suo gruppo di ricerca. Come multiferroico, la ferrite di bismuto mostra proprietà sia ferroelettriche che ferromagnetiche, il che significa che risponderà all'applicazione di campi elettrici o magnetici esterni. In questo ultimo studio, oltre alla tradizionale attivazione termica, una transizione di fase di tipo elastico è stata introdotta nella ferrite di bismuto utilizzando solo un campo elettrico.

"L'applicazione del campo elettrico ci ha permesso di ottenere una trasformazione di fase reversibile senza l'ausilio di sollecitazioni di recupero esterne, " dice Ramesh. "Anche se aspetti come l'isteresi, micro-cracking e così via devono essere presi in considerazione per i dispositivi reali, il grande effetto di memoria di forma che abbiamo dimostrato nella ferrite di bismuto mostra che è un materiale straordinario con un potenziale utilizzo in futuri dispositivi nanoelettromeccanici e altri nanosistemi all'avanguardia".

I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .