MIT-Forscher nach Jahrzehnten: Erstmalige 3D-Atomansicht eines mysteriösen Materials

Technischer Hintergrund

Man nimmt an, dass diese Wechselwirkungen zu den starken Energiespeicher- und Sensorfähigkeiten der Materialien beitragen. Bisher konnte die Struktur dieser Bereiche jedoch nicht direkt gemessen werden.

Für ihren Artikel in Science untersuchte das Team eine Legierung aus Blei-Magnesium-Niobaten und Blei-Titanaten, ein relaxores Ferroelektrikum, das in Sensoren, Aktuatoren und Verteidigungssystemen eingesetzt wird.

Sie untersuchten dies mittels Multi-Slice Electron Ptychography (MEP), einer neuartigen Technik, bei der eine nanoskalige Sonde energiereicher Elektronen über ein Material scannt und die resultierenden Elektronenbeugungsmuster aufzeichnet. „Wir tun dies sequenziell und erheben an jeder Position ein Beugungsmuster“, erklärt Zhu. „Das erzeugt Überlappungsbereiche, und diese Überlappung enthält genügend Informationen, um einen Algorithmus zu nutzen, der dreidimensionale Informationen über das Objekt und die Elektronenwellenfunktion iterativ rekonstruiert.“ Einblicke über verschiedene Skalen Die Methode deckte geschichtete chemische und polare Strukturen auf, die vom atomaren bis zur mesoskopischen Skala reichen.

Sie zeigte auch, dass viele Bereiche

Sie zeigte auch, dass viele Bereiche mit unterschiedlicher Polarisation viel kleiner waren, als führende Simulationen vorhergesagt hatten.

Das Team nutzte diese Messungen, um Computer-Simulationen zu aktualisieren und so die Modelle besser an das Verhalten des Materials unter verschiedenen Bedingungen anzugleichen. „Die Materialwissenschaft integriert immer mehr Komplexität in den Materialdesignprozess – sei es bei Metalllegierungen oder Halbleitern – da die KI besser geworden ist und unsere rechnergestützten Werkzeuge fortschrittlicher geworden sind“, erklärt LeBeau. „Aber wenn unsere Modelle nicht präzise genug sind und wir keine Möglichkeit haben, sie zu validieren, ist das ‚Garbage in, garbage out‘-Prinzip gegeben.

Diese Technik hilft uns zu verstehen, warum das Material so reagiert, wie es tut, und unsere Modelle zu validieren.“ Referenz: „Bridging experiment and theory of relaxor ferroelectrics with multislice electron ptychography“, Michael Xu, Yubo Qi, Colin Gilgenbach, Jieun Kim, Jiahao Zhang, Bridget R. Denzer, Lane W. Martin, Andrew M. Rappe und James M.

LeBeau, 30. April 2026, Science. DOI: 10.1126/science.ads6023 Die Arbeit wurde teilweise vom U.S. Army Research Laboratory, dem U.S. Office of Naval Research, dem U.S. Department of War und einem National Science Graduate Fellowship unterstützt. Die Forscher nutzten außerdem die Einrichtungen.