Mekaniska egenskaper hos nanomaterial kan förändras på grund av applicering av spänning, University of Wyoming forskare har upptäckt.

Forskarna, ledd av TeYu Chien, en UW biträdande professor vid institutionen för fysik och astronomi, fastställt att det elektriska fältet är ansvarigt för att förändra brottsegheten hos nanomaterial, som används i den senaste elektroniska utrustningen. Det är det första observerade beviset på att det elektriska fältet ändrar brottsegheten på en nanometerskala.

Detta fynd öppnar vägen för ytterligare undersökning av nanomaterial angående interaktioner mellan elektriska fält och mekaniska egenskaper, vilket är oerhört viktigt för tillämpningar och grundforskning.

Chien är huvudförfattare till en artikel, med titeln "Inbyggt elektriskt fält inducerad mekanisk egenskapsförändring vid Lantannickelat/Nb-dopade strontiumtitanatgränssnitt, " som nyligen publicerades i Vetenskapliga rapporter . Vetenskapliga rapporter är en online, tidskrift med öppen tillgång från förlagen av Nature. Tidskriften publicerar vetenskapligt giltig primärforskning från alla områden inom naturvetenskap och klinisk vetenskap.

Andra forskare som bidragit till uppsatsen är från University of Arkansas, University of Tennessee och Argonne National Laboratory i Argonne, Sjuk.

Chien och hans forskargrupp studerade ytorna på de brutna gränsytorna av keramiska material, inklusive lantannickelat och strontiumtitanat med en liten mängd niob. Forskarna avslöjade att strontiumtitanat, inom några nanometer från gränssnitten, spricker annorlunda än strontiumtitanat bort från gränssnitten.

De två keramiska materialen valdes eftersom det ena är en metalloxid medan det andra är en halvledare. När de två typerna av material kommer i kontakt med varandra, ett inre elektriskt fält kommer automatiskt att bildas i en region, känd som Schottky-barriären, nära gränssnittet, Chien förklarar. Schottky-barriären hänvisar till den region där ett inre elektriskt fält bildas vid metall/halvledargränssnitt.

Det inneboende elektriska fältet vid gränssnitt är ett oundvikligt fenomen närhelst ett material är i kontakt med ett annat. De elektriska fälteffekterna på materialens mekaniska egenskaper studeras sällan, speciellt för nanomaterial. Att förstå elektriska fälteffekter är extremt viktigt för tillämpningar av nanoelektromekaniska system (NEMS), vilka är enheter, såsom ställdon, integrera elektriska och mekaniska funktioner på nanoskala.

För NEMS-material tillverkade i nanoskala, Att förstå de mekaniska egenskaperna som påverkas av elektriska fält är avgörande för full kontroll över enhetens prestanda. Observationerna i denna studie banar väg för att bättre förstå de mekaniska egenskaperna hos nanomaterial.

"Det elektriska fältet ändrar den interatomära bindningslängden i kristallen genom att trycka positivt och negativt laddade joner i motsatta riktningar, " säger Chien. "Ändra bindningslängden ändrar bindningsstyrkan. Därav, de mekaniska egenskaperna, såsom brottseghet."

"Hela bilden är denna:Det inneboende elektriska fältet i Schottky-barriären skapades vid gränssnitten. Detta polariserade sedan materialen nära gränssnitten genom att ändra atompositionerna i kristallen. De ändrade atompositionerna ändrade den interatomära bindningslängden inuti materialen för att ändra de mekaniska egenskaperna nära gränssnitten, " Sammanfattar Chien.