Natuurkundigen van de Martin Luther Universiteit Halle-Wittenberg (MLU) en het Max Planck Instituut voor Microstructuurfysica in Halle hebben in samenwerking met onderzoekers uit China en de VS bepaald hoe een veelbelovend loodvrij materiaal werkt. Het materiaal, een bismutferriet, heeft het potentieel om loodzirkonaattitanaat (PZT) te vervangen, een piëzo-elektrisch materiaal dat wordt gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder ultrasone apparaten, sensoren en actuatoren.

PZT is een zeer efficiënt piëzo-elektrisch materiaal, maar het bevat lood, dat giftig en schadelijk is voor het milieu. Bismutferriet is een loodvrij alternatief dat al enige tijd wordt bestudeerd, maar de piëzo-elektrische eigenschappen ervan zijn nog niet zo goed bekend als die van PZT.

De onderzoekers gebruikten een combinatie van experimentele technieken en theoretische berekeningen om te bepalen hoe bismutferriet werkt. Ze ontdekten dat de piëzo-elektrische eigenschappen van het materiaal te wijten zijn aan de verplaatsing van bismut- en zuurstofatomen binnen de kristalstructuur. Deze verplaatsing creëert een netto elektrisch dipoolmoment, dat verantwoordelijk is voor de piëzo-elektrische eigenschappen van het materiaal.

De bevindingen van de onderzoekers bieden een nieuw inzicht in de werking van bismutferriet, wat zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe loodvrije piëzo-elektrische materialen met verbeterde eigenschappen. Dit zou een aanzienlijke impact kunnen hebben op een breed scala aan toepassingen, van ultrasone apparaten tot sensoren en actuatoren.

De studie, "Direct Observation of the Displacement Mechanism of Bismuth and Oxygen in Lead-Free Piezoelectric Bismuth Ferrite Ceramics", werd gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.