(Phys.org)-Lyssna på nickel-titan och alla andra formminneslegeringar, det finns en ny unge på blocket som just krävde mästerskapet för elasticitet och är beredd att ta över formminnesappmarknaden på nanoskala. Ett forskargrupp vid Berkeley Lab har upptäckt ett sätt att införa en återvinningsbar stam i vismutferrit på upp till 14 procent på nanoskala, större än någon form-minne-effekt som observerats i en metall. Denna upptäckt öppnar dörren för applikationer inom ett brett spektrum av områden, inklusive medicinsk, energi och elektronik.

"Vår vismutferrit visade inte bara mästarens form-minne-värde, det var också mycket mer stabilt när det reducerades till nanometerstorlek än formminneslegeringar, "säger Jinxing Zhang, en post-doc för denna studie under Ramamoorthy Ramesh från Berkeley Labs materialvetenskapsavdelning och nu en fakultetsmedlem vid Beijing Normal University. "Också för att vår vismutferrit endast kan aktiveras med ett elektriskt fält snarare med de termiska fält som behövs för att aktivera formminneslegeringar, svarstiden är mycket snabbare. "

Formminneseffekten är den metalliska ekvivalenten av elasticitet, där ett fast material "minns" och återställer sin ursprungliga form efter att ha deformerats av en applicerad spänning. Förr, detta har alltid inneburit uppvärmning. Formminneslegeringar har haft stor inverkan inom det medicinska området, där den mest framträdande är nickel-titan eller "nitinol, "som används i stenter för angioplastik, och i mekaniska fogar. Formminneseffekten förväntas också ha stor inverkan i icke-medicinska tillämpningar, såsom ställdon i smarta material och i mikroelektromekaniska system (MEMS). Dock, när storleken på nuvarande formminneslegeringar krymper mot nanoskala, många problem och instabilitet uppstår, inklusive trötthet, mikrosprickor och oxidation.

"Genom att uppnå formminneseffekten i ett oxidmaterial snarare än en metalllegering, vi eliminerar ytproblemen och möjliggör integration med mikroelektronik, "säger Zhang." Vår vismutferrit uppvisar också en ultrahög arbetsfunktionstäthet under aktivering som är nästan två storleksordningar högre än vad en metalllegering kan generera. "

Bismutferrit är en multiferroisk förening som består av vismut, järn och syre som har studerats omfattande under de senaste åren av Ramesh och hans forskargrupp. Som en multiferroic, vismutferrit visar både ferroelektriska och ferromagnetiska egenskaper, vilket betyder att den kommer att reagera på tillämpningen av externa elektriska eller magnetiska fält. I denna senaste studie, förutom den konventionella termiska aktiveringen, en elastisk-liknande fasövergång infördes i vismutferrit med endast ett elektriskt fält.

"Tillämpningen av det elektriska fältet tillät oss att uppnå en fasomvandling som var reversibel utan hjälp av extern återhämtningsspänning, "Säger Ramesh." Även om aspekter som hysteres, mikrosprickor och så vidare måste beaktas för riktiga enheter, den stora formminneseffekten som vi visade i vismutferrit visar att det är ett extraordinärt material med potentiell användning i framtida nanoelektromekaniska anordningar och andra toppmoderna nanosystem. "

Resultaten av denna forskning publicerades i tidskriften Naturkommunikation .