(Phys.org) – Ett team ledd av Ho Nyung Lee från Oak Ridge National Laboratory har upptäckt ett spänningsavslappningsfenomen hos koboltiter som har gäckat forskare i årtionden och kan leda till framsteg inom bränsleceller, magnetiska sensorer och en mängd energirelaterade material.
Fyndet, publiceras i Nanobokstäver , skulle kunna förändra den konventionella visdomen att tillgodoseende av belastningen som är inneboende under bildandet av epitaxiella tunna filmer nödvändigtvis involverar strukturella defekter, sa Lee, medlem av Institutionen för energilab:s materialvetenskap och teknikavdelning. Istället, forskarna fann att vissa material, i detta fall koboltit, bildar strukturellt välordnade atommönster som kan ändra deras magnetiska egenskaper och effektivt minimera storleksfelanpassningen med det kristallina substratet.
Epitaxiella tunna filmer, används i nanoteknik och halvledartillverkning, skapas genom att odla ett kristallskikt av ett material på ett annat på ett sådant sätt att de kristallina strukturerna är i linje. Utmaningen är att odla filmen konsekvent med minimala defekter, som kan ha en katastrofal effekt på ett material prestanda.
"Vi upptäckte egenskaper som inte var lätt synliga i kristall, eller bulk, form, men i tunnfilmsform kunde vi tydligt se den atomiskt ordnade gitterstrukturen hos lantankoboltit, " sa Lee. "Med denna kunskap, vi hoppas kunna skräddarsy de fysiska egenskaperna hos ett material för många informations- och energitekniker."
Forskarna studerade materialet i olika stamtillstånd med hjälp av sveptransmissionselektronmikroskopi kompletterat med röntgen och optisk spektroskopi. Med hjälp av dessa instrument, forskarna kunde se okonventionellt beteende av spänningsavslappning som producerade randliknande gittermönster. Resultatet är ett material med användbara magnetiska egenskaper och mycket lämpligt för sensorer och jonledare som används i, till exempel, batterier.
Denna upptäckt och förmågan att konstruera materialstrukturen kan leda till avancerade katodmaterial i fastoxidbränsleceller och batterier som kan laddas mycket snabbare.
"Eftersom koboltiter är lovande kandidater för magnetiska sensorer, jonledare och ytkatalysatorer, denna upptäckt ger en ny förståelse som kan användas för artificiell inställning av magnetism och jonaktivitet, " sa Lee.
