(Phys.org) - Een team onder leiding van Ho Nyung Lee van Oak Ridge National Laboratory heeft een spanningsrelaxatieverschijnsel ontdekt in kobaltiet dat onderzoekers al tientallen jaren is ontgaan en kan leiden tot vooruitgang in brandstofcellen, magnetische sensoren en tal van energiegerelateerde materialen.

de bevinding, gepubliceerd in Nano-letters , zou de conventionele wijsheid kunnen veranderen dat het opvangen van de spanning die inherent is aan de vorming van epitaxiale dunne films noodzakelijkerwijs structurele defecten met zich meebrengt, zei Lee, een lid van de afdeling Materials Science and Technology van het Department of Energy lab. In plaats daarvan, ontdekten de onderzoekers dat sommige materialen, in dit geval kobaltiet, vormen structureel goed geordende atomaire patronen die hun magnetische eigenschappen kunnen veranderen en de mismatch in grootte met het kristallijne substraat effectief kunnen minimaliseren.

Epitaxiale dunne films, gebruikt in nanotechnologie en halfgeleiderfabricage, worden gecreëerd door een kristallaag van het ene materiaal op het andere zo te laten groeien dat de kristallijne structuren op één lijn liggen. De uitdaging is om de film coherent te laten groeien met minimale defecten, die een catastrofaal effect kunnen hebben op de prestaties van een materiaal.

"We ontdekten eigenschappen die niet direct zichtbaar waren in kristal, of massa, formulier, maar in dunnefilmvorm konden we duidelijk de atomair geordende roosterstructuur van lanthaankobaltiet zien, " zei Lee. "Met deze kennis, we hopen de fysieke eigenschappen van een materiaal voor veel informatie- en energietechnologieën op maat te kunnen maken."

De onderzoekers bestudeerden het materiaal in verschillende spanningstoestanden met behulp van scanning transmissie-elektronenmicroscopie aangevuld met röntgen- en optische spectroscopie. Met behulp van deze instrumenten, de wetenschappers konden onconventioneel spanningsrelaxatiegedrag zien dat streepachtige roosterpatronen produceerde. Het resultaat is een materiaal met nuttige magnetische eigenschappen en zeer geschikt voor sensoren en ionengeleiders die worden gebruikt in, bijvoorbeeld, batterijen.

Deze ontdekking en het vermogen om de structuur van materialen te manipuleren, zou kunnen leiden tot geavanceerde kathodematerialen in vaste-oxidebrandstofcellen en batterijen die veel sneller kunnen worden opgeladen.

"Omdat kobaltieten veelbelovende kandidaten zijn voor magnetische sensoren, ionische geleiders en oppervlaktekatalysatoren, deze ontdekking biedt een nieuw begrip dat kan worden gebruikt voor kunstmatige afstemming van magnetisme en ionische activiteiten, "zei Leen.