Wat als elektriciteit uit iets zou kunnen worden geperst? Het blijkt dat sommige materialen deze eigenschap hebben. Piëzo-elektriciteit is de elektrische lading die zich ophoopt in bepaalde vaste stoffen wanneer er mechanische spanning op wordt uitgeoefend. piëzo-elektrische materialen, zoals dunne bismut-ferrietfilms, wanneer gekweekt op een enkel lanthaanaluminaatsubstraat, aanleiding geven tot zeer gespannen epitaxiale dunne films die uitstekende elektromechanische en ferro-elektrische eigenschappen vertonen. In dunne bismut-ferrietfilms "gedoteerd" of vervuild met lanthaan (BLFO's), piëzo-elektriciteit wordt toegeschreven aan de aanwezigheid van "mixed-phase structuren" met streeppatronen.

De vorming van streeppatronen en het beheersen van de gemengde-fasestructuren van BLFO zijn in de loop der jaren de focus geweest van veel onderzoeken. Maar vanwege de ultrasnelle aard van faseovergangen, de vorming van energetisch "gunstige" fasen onder aangelegd elektrisch veld en de oorsprong van grote elektrochemische respons is niet voldoende onderzocht. Veel wetenschappers die zich bezighouden met onderzoek naar BLFO worden momenteel geplaagd door de vraag:wat betekent de aanwezigheid van een S-polymorf, een tussenfase, doen aan de eigenschappen van het materiaal?

Onderzoekers van het Gwangju Institute of Science and Technology onder leiding van prof. Ji Young Jo begonnen aan een reis om de fasetransformatiedynamiek van BLFO epitaxiale dunne films te onderzoeken met behulp van in de tijd opgeloste röntgenmicrodiffractie. "We hebben voor deze techniek gekozen omdat het ons helpt de door het elektrische veld geïnduceerde fasetransformatiedynamiek van de piëzo-elektrische materialen te begrijpen in een tijdschaal variërend van picoseconden tot microseconden, " legt prof. Jo uit. De resultaten van hun onderzoek naar de piëzo-elektrische eigenschappen van BLFO-films, samen met de identificatie van de gemengde-fasestructuren en gestreepte patronen, werden gepubliceerd in volume 7 (uitgave 116683) van Acta Materialia op 1 april 2021 en is online beschikbaar gesteld op 21 januari 2021.

BLFO kan worden omgezet in monokliene (M _EEN , m _C , gekantelde M _C ), tetragonaal (T-fase), een tussenliggende S-fase, of gemengde fasen via strain engineering. Het onderzoek naar de transformatiedynamiek bracht aan het licht dat de faseovergang van M _C naar S-fase waren afhankelijk van de polariteit van het aangelegde elektrische veld. De studie concludeerde ook dat de hoge piëzo-elektrische respons die wordt gezien in BLFO-films met gemengde fase te wijten is aan de aanwezigheid van S/S _kantelen fasen.

"Door de rol van streeppatronen en de S-fasen te begrijpen, kunnen we ultrasnelle piëzo-elektrische apparaten maken met een responstijd van minder dan microseconden, " concludeert prof. Jo. De bevindingen van deze studie bieden een nieuw perspectief op het gebruik van spanningstechniek om ultrahoge piëzo-elektrische dunne films te ontwerpen. Dit heeft verstrekkende implicaties voor de toekomst van het oogsten van energie.