MIT-Team enthüllt erste 3D-Karte der elektrischen Ladungsverteilung in Relaxoren

Im Vergleich zu Standardkristallen, bei denen Atome in perfekten, vorhersehbaren Reihen angeordnet sind, werden Relaxoren durch chemische Unordnung definiert. Diese Entdeckung ergab, dass die inneren Polarregionen des Materials viel kleiner und komplexer sind, als führende Simulationen vermutet hatten.

„Nun, da wir ein besseres Verständnis davon haben, was genau vor sich geht, können wir die Eigenschaften, die wir , besser vorhersagen und konstruieren“, sagte James LeBeau, Kyocera Professor für Materialwissenschaft und -technik am MIT.

„Die Forschungsgemeinschaft entwickelt noch Methoden zur Konstruktion dieser Materialien, aber um die Eigenschaften vorherzusagen, die diese Materialien haben werden, müssen Sie wissen, ob Ihr Modell richtig ist“, fügte der korrespondierende Autor hinzu.

Kartierung chemischer Unordnung In dieser neuen

Kartierung chemischer Unordnung In dieser neuen Arbeit wurde die 3D-Verteilung der elektrischen Ladungen in Relaxor-Ferroelektrika mittels Multi-Slice-Elektronen-Ptychographie kartiert. Diese Technik beinhaltet das Abtasten einer nanoskaligen Elektronensonde über ein Material, um überlappende Beugungsmuster zu erfassen.

Algorithmen rekonstruieren dann diese Muster zu einer hochauflösenden 3D-Karte der atomaren und polaren Struktur des Objekts. Dies half, ein Maß an „chemischem Disorder“ aufzudecken, das.

Insbesondere ermöglichte die Technik die Beobachtung der schwer fassbaren Nanoregionen innerhalb einer Blei-Magnesium-Niobate-Blei-Titanat-Legierung. Dadurch wurden die internen atomaren Wechselwirkungen, die für die überlegene Energiespeicherung und Sensorik des Materials verantwortlich sind, kartiert.

Diese strukturellen Details waren bis jetzt

Diese strukturellen Details waren bis jetzt nicht direkt messbar.

„Wir tun dies auf sequentielle Weise und an jeder Position gewinnen wir ein Beugungsmuster.“ „Das erzeugt Überlappungsbereiche, und dieser Überlappungsbereich enthält genügend Informationen, um einen Algorithmus zu verwenden, um die dreidimensionalen Informationen über das Objekt und die Elektronenwellenfunktion iterativ zu rekonstruieren“, erklärte Menglin Zhu, Co-Erstautor.

Fortschrittlichere Geräte Die Technik ergab, dass viele der „polaren Regionen“ – die Ladungstaschen, die dem Material seine Kraft verleihen – viel kleiner waren als jeder erwartet hatte.

Darüber hinaus half die Integration dieser

Darüber hinaus half die Integration dieser Daten in Computersimulationen, über „zufällige“ Modelle hinauszugehen, um genau zu zeigen, wie spezifische chemische Spezies und Ladungszustände koordinieren, um das Verhalten des Materials anzutreiben.

„Die Materialwissenschaft integriert mehr Komplexität in den Materialdesignprozess – sei es für Metalllegierungen oder Halbleiter – da die KI besser geworden ist und unsere rechnergestützten Werkzeuge fortschrittlicher geworden sind“, erklärte LeBeau.

„Aber wenn unsere Modelle nicht genau genug sind und wir keine Möglichkeit haben, sie zu validieren, ist das Müll rein, Müll raus.“ „Diese Technik hilft uns zu verstehen, warum das Material so reagiert, wie es tut, und unsere Modelle zu validieren“, fügte der Autor hinzu.

Mit einer „validierten Karte“ atomarer Strukturen

Mit einer „validierten Karte“ atomarer Strukturen soll diese Entdeckung die Entwicklung nächsten Generation in mehreren Branchen beschleunigen.

Diese strukturelle Klarheit wird die Entwicklung präziserer medizinischer Ultraschall- und Sonarsysteme, höherer Energiespeichersysteme und fortschrittlicher elektronischer Komponenten für schnelleres Rechnen ermöglichen. Die Studienergebnisse wurden am 30.

April im Journal Science berichtet.