Een internationaal wetenschappelijk team, waaronder wetenschappers uit China, Israël, Engeland en Rusland, heeft een nieuwe methode ontwikkeld om de respons van kristallen op het elektrische veld te meten. De studie, uitgevoerd bij de European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), werden gepubliceerd in de Journal of Applied Crystallography en verscheen op de cover van het oktobernummer. Deze methode zal helpen bij het implementeren van nieuwe en het verbeteren van bestaande functionele materialen.

"De studie is gewijd aan kristallijne materialen (ferro-elektrisch), die worden gebruikt in een verscheidenheid aan apparaten, van sonars voor onderzeeërs tot elementen van ultrasone diagnostische apparaten, " zei onderzoeker Dmitry Chernyshov van de Zwitsers-Noorse Beam Lines bij ESRF en de afdeling Physical Electronics van SPbPU. Hij benadrukte dat het verbeteren van de eigenschappen van dergelijke materialen een uiterst belangrijke wetenschappelijke taak is.

De wetenschapper zei dat gedetailleerde driedimensionale verstrooiingskaarten werden verzameld tijdens de synchrotron-experimenten bij de ESRF. Deze kaarten bevatten gedetailleerde informatie over de structuur van het kristal en zijn reactie op het elektrische veld. Volgende, er werd een wiskundige methode uitgevonden om de relevante informatie uit dergelijke kaarten te halen. De onderzochte kristallen werden in een speciale cel geplaatst voor het aanleggen van een elektrisch veld. De cel is ontwikkeld door alumnus van de St. Petersburg Polytechnische Universiteit Tikhon Vergentiev als onderdeel van zijn Ph.D. project tijdens zijn stage bij de ESRF.

De structuur van kristallen kan op verschillende ruimtelijke schalen worden beschreven. Het is mogelijk om de structuur op atomair niveau te beschrijven of op het niveau van grote blokken van de atomaire structuur (domeinen, grenzen tussen domeinen, structurele gebreken). Als de externe omstandigheden veranderen (temperatuur, druk, enzovoort.), alle componenten van de structuur reageren anders. Het onderzoeksteam bestudeerde de reactie van het materiaal op een elektrisch veld in zijn atomaire en domeinstructuren.

"In het kader van één experiment, we konden zien hoe de verschillende niveaus van de structurele hiërarchie reageren op externe invloeden. Als we de respons van afzonderlijke componenten van een complex systeem meten en beschrijven, evenals hun interactie, het zal mogelijk zijn om de structuur en eigenschappen van dergelijke materialen rationeel te controleren, ', zei Dmitri Tsjernyshov.

De auteurs van het onderzoek verwachten dat de verkregen resultaten door een breed scala aan specialisten zullen worden geëist. Het zal scheikundigen helpen om de chemische samenstelling en kristalstructuur af te stemmen, en materiaalwetenschappers zullen nieuwe hulpmiddelen gebruiken om de grote blokken structuur te manipuleren, domeinen (domain engineering). Volgens wetenschappers, dit zal leiden tot de verbetering van de eigenschappen van materialen die worden gebruikt in ultrasone diagnostische apparaten.