Bilim adamları, stres altında şekil değiştirebilen ve bunun tersi de geçerli olan ince bir film formundaki bir malzemenin özelliklerini anlamada bir atılım gerçekleştirdiler. Gevşetici ferroelektrik olarak adlandırılan bu malzeme, kurşun, magnezyum, niyobyum ve titanyumdan oluşan karmaşık bir karışım içerir. Eşsiz özellikleri, bilgisayar belleği, bilimsel araçlar için lazerler ve ultra hassas ölçümler için sensörler dahil olmak üzere çeşitli teknolojilerde kullanılmasına olanak tanır.
Şimdiye kadar araştırmacılar, metrenin 10 milyarda biri ile 1 milyonda biri arasında değişen mezoskopik ölçeği göz ardı ederek, nano ve mikro ölçekte malzeme özelliklerindeki değişiklikleri incelediler. Bununla birlikte, ABD Enerji Bakanlığı’nın Argonne Ulusal Laboratuvarı, Rice Üniversitesi ve DOE Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan bilim adamlarından oluşan bir ekip, bir elektrik alanının etkisi altında bir gevşetici ferroelektrik maddenin orta ölçekli özelliklerini belirlemeyi başardı.
Rahatlatıcı bir ferroelektrik, “kutupsal nanoalanlar” adı verilen kümeler halinde gruplanan küçük pozitif ve negatif yük çiftleri veya dipollerle karakterize edilir. Bir elektrik alanına maruz bırakıldığında bu dipoller tek yönde hizalanarak malzemenin şeklinin değişmesine veya deforme olmasına neden olur. Benzer şekilde, gerilimin uygulanması dipolün yönünü değiştirerek bir elektrik alanı yaratabilir.
Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki sert X-ışını nanoprobu aracılığıyla elde edilebilen, tutarlı X-ışını nanodifraksiyonu adı verilen bir yeteneği kullanan bilim adamları, gevşetici içindeki orta ölçekli yapıların haritasını çıkarmayı başardılar. Sonuçlar, bir elektrik alanının etkisi altında nanoalanların, karmaşık kiremit benzeri bir düzende düzenlenmiş dipollerden oluşan orta ölçekli yapılar halinde kendi kendine organize olduğunu gösterdi. Ekip, bu desenin kenarları boyunca deformasyon konumlarını ve elektrik alanına daha güçlü tepki veren alanları belirledi.
“Bu mikro ölçekli yapılar, daha önce bilinmeyen, nanodomain kendi kendine bir araya gelmenin yeni bir biçimini temsil ediyor. Şaşırtıcı bir şekilde, bunların kökenlerini temel nano ölçekli atomik hareketlere kadar takip edebildik ki bu muhteşem bir şey!” dedi Argonne Üniversitesi’nden emekli araştırmacı John Mitchell.
Orta ölçekli yapıları anlamak, daha önce imkansız olduğu düşünülen yöntemlerle çalışan daha küçük elektromekanik cihazların tasarlanmasına yeni bir yaklaşım getiriyor. Son APS güncellemesi sayesinde artık mümkün olan daha parlak, daha tutarlı X-ışını ışınları, bilim adamlarının cihazı daha da geliştirmelerine ve insan beyninde modellenen nöromorfik hesaplama gibi enerji tasarruflu mikroelektroniklerdeki uygulamalarını değerlendirmelerine olanak tanıyacak.