(vänster) Nanoskala som skannar röntgendiffraktions spatial karta över (220) Mc-toppen i BaTiO3 och (höger) diffraktionsbild av punkt 2; skala bar 8 um. Denna projektionsbild är av hela strukturen, som finns några mikron i materialet.
(Phys.org) —Roman monokliniska subfaser i ferroelektriska BaTiO 3 observerades av ANL:s Center for Nanoscale Materials-användare från Pennsylvania State University i samarbete med CNM:s X-Ray Microscopy Group och forskare från Center for Nanophase Materials Sciences.
De nyupptäckta lågsymmetrifaserna befinner sig lokalt stabiliserade nära termotropa fasgränser i enkla ferroelektriska, och de uppvisar stora förbättringar i olinjära optiska och piezoelektriska; egenskapskoefficienter. Fynden avslöjar att fasövergångar i ferroelektriker är intimt kopplade till den underliggande domänmikrostrukturen. Nanoskala-skanning av röntgendiffraktionsmätningar som utnyttjar den unika strukturella känsligheten för CNM Hard X-Ray Nanoprobe visade entydigt subfasens inneboende monokliniska natur. Upptäckten ger unika möjligheter för design av "gröna" högpresterande nanoskala energimaterial.
Även i blyfritt BaTiO 3 och KNbO 3 , klassiska material som har varit kända och studerade i mer än 60 år, denna nya observation visar att domäner kan ge en termotrop karaktär till sina annars välkända fasövergångar. Detta leder till uppkomsten av mellanliggande monokliniska faser i ett brett temperaturintervall kring de konventionella interferroelektriska övergångarna.
Eftersom detta fenomen beror på de mekaniska och dipolära interaktionerna mellan konkurrerande ferroelektriska-ferroelastiska domäner i en komplex domänmikrostruktur, avancerade nanoskala-upplösta multitekniska mätningar på samma rumsliga plats krävs för att korrekt avslöja den underliggande fysiken på en mikroskopisk nivå. Detta arbete visar att i de stabiliserade mellanfaserna, både de piezoelektriska och de olinjära optiska egenskaperna kan starkt förbättras och till och med nyinduceras. Eftersom symmetremekanismen som sänks genom spänningar och fält i princip är universell för alla icke -kliniska ferroelektriska kristallsystem, dessa resultat tyder på en mängd möjligheter för utformning av högpresterande faser som kan skapa unika nanoskala energimaterial från enkla blyfria ferroelektriker.
Den hårda röntgen Nanoprobe-strålen ligger vid Argonnes Advanced Photon Source.
