De „nuttigste piezoelectric materialen hebben een kritieke waaier van samenstellingen genoemd de morphotopic fasegrens, waar de veranderingen van de kristalstructuur en de piezoelectric eigenschappen maximaal zijn,“ zegt Muhtar Ahart, een medeauteur van de studie. „Dit zijn gewoonlijk complexe, gebouwde, stevige oplossingen. Maar wij toonden aan dat een zuivere samenstelling een morphotopic fasegrens onder druk kan tonen.“

Voor de studie, plaatsten de onderzoekers gepoederde kristallen van loodtitanaat in een apparaat genoemd een cel van het diamantaambeeld, die kan druk produceren die die overschrijden op het centrum van de Aarde. Zij controleerden de veranderingen in kristalstructuur met druk gebruikend high-energy Röntgenstralen van de Geavanceerde Bron van het Foton bij Nationaal Laboratorium Argonne in Illinois. Gebruikend dit die gegeven en berekeningen op eerste-principe theoretische berekeningen wordt gebaseerd, konden de onderzoekers de piezoelectric eigenschappen van de zuivere kristallen bij verschillende druk bepalen.

„Het blijkt dat de complexe microstructuren of de samenstellingen niet noodzakelijk zijn om sterke piezoelectricity te verkrijgen,“ zegt Ahart.

Het gebruik van piezoelectrics heeft de laatste jaren een hoge vlucht genomen en zich snel uitgebreid. Hun capaciteit heeft om mechanische energie in stroom om te zetten en vice versa hen voor akoestische omvormers voor sonar en medische ultrasone klank, en voor uiterst kleine, high-precision pompen en motoren voor medische en andere toepassingen onschatbaar gemaakt. Krachtige piezoelectrics heeft ook nieuwe mogelijkheden voor „energie het oogsten geboden,“ gebruikend omringende motie en trilling om elektriciteit te produceren waar de batterijen of andere krachtbronnen onpraktisch of niet beschikbaar zijn.

„Dit is een gebied waarin de theorie, het experiment, en het materiële ontwikkelingswerk zij aan zij,“ Ronald Cohen, een personeelswetenschapper bij de Instelling Carnegie en een medeauteur van de studie zeggen. „Het omlijnen van de onderliggende fysica van piezoelectric materialen zal het gemakkelijker maken om nieuwe materialen te ontwikkelen en bestaande degenen te verbeteren. Wij zijn nu in evenwicht gehouden op de rand van enord uitgebreide toepassingen van deze technologieën.“

Dit werk werd gesponsord door het Bureau van ZeeOnderzoek. De steun werd ook ontvangen van het Centrum van de Alliantie van Carnegie/van het Ministerie van Energie (CDAC). De diffractie van de Röntgenstraal van de hoge druk bij de faciliteit HPCAT van de Geavanceerde Bron van het Foton werd gesteund door DOE-BES, damhinde-NNSA (CDAC), en W.M. Keck Foundation. Het gebruik van de Geavanceerde Bron van het Foton werd gesteund door het Ministerie van de V.S. van Energie, Bureau van Wetenschap, Bureau van de BasisWetenschappen van de Energie.

Auteurs: Muhtar Ahart, Maddury Somayazulu, R.E. Cohen, P. Ganesh, Przemyslaw Dera, Ho -ho-kwang Mao, Russell J. Hemley, Yang Ren, Peter Liermann, en Zhigang Wu.

De instelling Carnegie (www.CIW.edu) is een bereidende kracht in fundamenteel wetenschappelijk onderzoek sinds 1902 geweest. Het is privé, de organisatie is zonder winstbejag met zes onderzoekafdelingen door de wetenschappers van de V.S. Carnegie leiders in installatiebiologie, ontwikkelingsbiologie, astronomie, materialenwetenschap, globale ecologie, en planetarische wetenschap de van de Aarde en.