“Los materiales piezoeléctricos más útiles tienen una gama crítica de composiciones llamadas el límite morphotopic de la fase, donde la estructura cristalina cambia y las características piezoeléctricas son máximas,” dicen Muhtar Ahart, co-autor del estudio. “Éstas son generalmente soluciones complejas, dirigidas, sólidas. Pero demostramos que un compuesto puro puede exhibir un límite morphotopic de la fase bajo presión.”

El estudio, los investigadores los cristales pulverizados colocados del titanato del plomo en un dispositivo pidieron una célula del yunque del diamante, que puede generar las presiones que exceden ésos en el centro de la tierra. Supervisaron los cambios en la estructura cristalina con la presión usando vigas de radiografía de gran energía de la fuente avanzada del fotón en el laboratorio nacional de Argonne en Illinois. Usando estos datos y cálculos basados en cómputos teóricos del primero-principio, los investigadores podían determinar las características piezoeléctricas de los cristales puros en diversas presiones.

“Resulta que las microestructuras o las composiciones complejas no son necesarias obtener piezoelectricidad fuerte,” dice Ahart.

El uso del piezoelectrics ha resonado estos últimos años y se está ampliando rápido. Su capacidad de convertir energía mecánica a la energía eléctrica y viceversa los ha hecho inestimables para los transductores acústicos para el sonar y el ultrasonido médico, y para las bombas y los motores minúsculos, de alta precisión para los usos médicos y otros. El piezoelectrics de alto rendimiento también ha abierto las nuevas posibilidades de la “energía que cosechaba,” con el movimiento y la vibración ambiente para generar electricidad donde están imprácticas o inasequibles las baterías u otras fuentes de energía.

“Éste es un campo en el cual teoría, experimento, y trabajo de desarrollo material de lado a lado,” dice a Ronald Cohen, científico del personal en la institución de Carnegie y un co-autor del estudio. La “delineación de la física subyacente de materiales piezoeléctricos hará más fácil desarrollar los nuevos materiales y mejorar los existencias. Nos ahora contrapesan en el borde de usos enorme ampliados de estas tecnologías.”

Este trabajo fue patrocinado por la oficina de la investigación naval. La ayuda también fue recibida del Carnegie/del Ministerio de centro de la alianza de la Energía (CDAC). La difracción de radiografía de alta presión en la facilidad de HPCAT de la fuente avanzada del fotón fue apoyada por DOE-BES, DOE-NNSA (CDAC), y la fundación del W.M. Keck. El uso de la fuente avanzada del fotón fue apoyado por el Ministerio de los E.E.U.U. de Energía, oficina de la ciencia, oficina de las ciencias básicas de la energía.

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

La institución de Carnegie (www.CIW.edu) ha sido una fuerza pionera en la investigación científica básica desde 1902. Es una privada, organización sin ánimo de lucro con seis departamentos de la investigación a través de los científicos de los E.E.U.U. Carnegie es líderes en biología de la planta, biología de desarrollo, astronomía, la ciencia material, la ecología global, y la ciencia del tierra y planetaria.