(Phys.org) -Nieuwe monokliene subfasen in ferro-elektrische BaTiO ₃ werden waargenomen door ANL's Center for Nanoscale Materials-gebruikers van de Pennsylvania State University in samenwerking met CNM's X-Ray Microscopy Group en wetenschappers van het Center for Nanophase Materials Sciences.

De nieuw ontdekte tussenfasen met lage symmetrie blijken lokaal gestabiliseerd nabij thermotrope fasegrenzen in eenvoudige ferro-elektriciteit, en ze vertonen grote verbeteringen in niet-lineaire optische en piëzo-elektrische eigenschappencoëfficiënten. De bevindingen laten zien dat faseovergangen in ferro-elektriciteit nauw zijn gekoppeld aan de onderliggende microstructuur van het domein. Scanning-röntgendiffractiemetingen op nanoschaal die gebruikmaken van de unieke structurele gevoeligheid van de CNM Hard X-Ray Nanoprobe hebben ondubbelzinnig de intrinsieke monokliene aard van de subfase aangetoond. De ontdekking biedt unieke kansen voor het ontwerp van "groene" hoogwaardige energiematerialen op nanoschaal.

Ook in loodvrij BaTiO ₃ en KNbO ₃ , klassieke materialen die al meer dan 60 jaar bekend en bestudeerd zijn, deze nieuwe waarneming laat zien dat domeinen een thermotroop karakter kunnen geven aan hun anders bekende faseovergangen. Dit leidt tot het ontstaan ​​van intermediaire monokliene fasen in een breed temperatuurbereik rond de conventionele interferro-elektrische overgangen.

Aangezien dit fenomeen te wijten is aan de mechanische en dipolaire interacties tussen concurrerende ferro-elektrisch-ferro-elastische domeinen in een complexe domeinmicrostructuur, geavanceerde, op nanoschaal opgeloste multi-techniek metingen op dezelfde ruimtelijke locatie zijn nodig om de onderliggende fysica op microscopisch niveau goed te onthullen. Dit werk laat zien dat in de gestabiliseerde tussenfasen, zowel de piëzo-elektrische als de niet-lineaire optische eigenschappen kunnen sterk worden verbeterd en zelfs opnieuw worden geïnduceerd. Aangezien het mechanisme van symmetrieverlaging door spanningen en velden in principe universeel is voor alle niet-triklinische ferro-elektrische kristalsystemen, deze resultaten suggereren een groot aantal mogelijkheden voor het ontwerpen van hoogwaardige fasen die unieke energiematerialen op nanoschaal kunnen creëren uit eenvoudige loodvrije ferro-elektriciteit.

De bundellijn van de Hard X-ray Nanoprobe bevindt zich bij Argonne's Advanced Photon Source.