Wanneer wetenschappers en ingenieurs nieuwe manieren ontdekken om bestaande materialen te optimaliseren, het maakt de weg vrij voor innovaties die alles, van onze telefoons en computers tot onze medische apparatuur, kleiner maken, sneller, en efficiënter.

Volgens onderzoek dat vandaag is gepubliceerd door Nature Journal NPG Azië-materialen , een groep onderzoekers – onder leiding van Edwin Fohtung, een universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering aan het Rensselaer Polytechnic Institute - hebben een nieuwe manier gevonden om nikkel te optimaliseren door eigenschappen te ontsluiten die tal van toepassingen mogelijk zouden kunnen maken, van biosensoren tot quantum computing.

Ze toonden aan dat wanneer nikkel wordt gemaakt in extreem kleine, nanodraden met één kristal en onderworpen aan mechanische energie, er ontstaat een enorm magnetisch veld, een fenomeen dat bekend staat als gigantische magnetostrictie.

omgekeerd, als er een magnetisch veld op het materiaal wordt aangelegd, dan zullen de atomen binnenin van vorm veranderen. Deze verplaatsing kan worden benut om energie te oogsten. Dat kenmerk, Fohtung zei, is handig voor gegevensopslag en gegevensverzameling, zelfs biosensoren. Hoewel nikkel een veelgebruikt materiaal is, zijn belofte op deze gebieden was niet eerder bekend.

"Stel je voor dat je een systeem bouwt met grote delen van nanodraden. Je zou het in een extern magnetisch veld kunnen plaatsen en het zou een zeer grote hoeveelheid mechanische energie oogsten, maar het zou extreem klein zijn, ' zei Fohtung.

De onderzoekers ontdekten deze unieke eigenschap door middel van een techniek genaamd lensloze microscopie, waarin een synchrotron wordt gebruikt om diffractiegegevens te verzamelen. Die gegevens worden vervolgens aangesloten op computeralgoritmen om 3D-beelden van elektronische dichtheid en atomaire verplaatsing te produceren.

Met behulp van een big data-aanpak, Fohtung zei, deze techniek kan betere beelden produceren dan traditionele microscopen, onderzoekers meer informatie geven. Het combineert computationele en experimentele fysica met materiaalwetenschap - een kruising van zijn meerdere expertisegebieden.

"Deze benadering is in staat om extreem kleine objecten te zien en dingen te ontdekken waarvan we nooit dachten dat ze bestonden over deze materialen en hun gebruik, " zei Fohtung. "Als je lenzen gebruikt, er is een limiet aan wat je kunt zien. Het wordt bepaald door de grootte van je lens, de aard van uw lens, de kromming van uw lens. Zonder lenzen, onze resolutie wordt beperkt door alleen de golflengte van de straling."

Fohtung gebruikte dezelfde techniek om aan te tonen dat bariumhexaferriet - een universeel en overvloedig materiaal dat vaak wordt gebruikt in banden, cd's, en computercomponenten - heeft gelijktijdig spontane magnetische en elektrische polarisatie die toeneemt en afneemt bij blootstelling aan een elektrisch veld. Het eigendom, bekend als ferro-elektriciteit, is handig voor snel schrijven, energiebesparende, en gegevensopslag. Die bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Fysieke beoordeling B .

Fohtung gelooft dat de lensloze benadering van het bestuderen van stoffen onderzoekers in staat zal stellen nog meer te leren over vastestofmaterialen, zoals die worden gebruikt in technologische apparaten. Het kan zelfs een dieper begrip van menselijk weefsel en cellen mogelijk maken, die met deze techniek in een meer natuurlijke habitat kunnen worden bekeken.

"Wat me er zo enthousiast over maakt, is het potentieel voor de toekomst. Er zijn zoveel bestaande materialen dat we de potentiële toepassingen gewoon niet kunnen begrijpen, ' zei Fohtung.