Fysiker från Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) och Max Planck Institute for Microstructure Physics i Halle har i samarbete med forskare från Kina och USA fastställt hur ett lovande blyfritt material fungerar. Materialet, en vismutferrit, har potential att ersätta blyzirkonattitanat (PZT), ett piezoelektriskt material som används i en mängd olika applikationer, inklusive ultraljudsenheter, sensorer och ställdon.

PZT är ett mycket effektivt piezoelektriskt material, men det innehåller bly, som är giftigt och skadligt för miljön. Vismutferrit är ett blyfritt alternativ som har studerats under en tid, men dess piezoelektriska egenskaper är inte lika välkända som PZT.

Forskarna använde en kombination av experimentella tekniker och teoretiska beräkningar för att avgöra hur vismutferrit fungerar. De fann att materialets piezoelektriska egenskaper beror på förskjutningen av vismut- och syreatomer i kristallstrukturen. Denna förskjutning skapar ett netto elektriskt dipolmoment, vilket är ansvarigt för materialets piezoelektriska egenskaper.

Forskarnas fynd ger en ny förståelse för hur vismutferrit fungerar, vilket kan leda till utvecklingen av nya blyfria piezoelektriska material med förbättrade egenskaper. Detta kan ha en betydande inverkan på ett brett spektrum av applikationer, från ultraljudsenheter till sensorer och ställdon.

Studien, "Direct Observation of the Displacement Mechanism of Bismuth and Oxygen in Lead-Free Piezoelectric Vismut Ferrite Ceramics", publicerades i tidskriften Physical Review Letters.