Ученые MIT впервые раскрыли 3D-структуру загадочного материала для будущих технологий

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) впервые в истории смогли составить трехмерную карту атомной структуры релаксорных сегнетоэлектриков — материалов, которые десятилетиями используются в ультразвуковой визуализации, микрофонах и гидролокаторах, но чье внутреннее устройство оставалось загадкой. Результаты работы, опубликованные в журнале Science, обещают прорыв в создании более эффективных вычислительных систем, энергетических устройств и датчиков.

Команда под руководством профессора MIT Джеймса ЛеБо применила передовой метод многоволновой электронной пtychографии (MEP). Сканируя материал наноразмерным пучком электронов и анализируя дифракционные картины, ученые смогли визуализировать распределение электрических зарядов на атомном уровне.

«Теперь, когда мы лучше понимаем, что именно происходит, мы можем точнее предсказывать и проектировать нужные свойства материалов, — говорит ведущий автор исследования Джеймс ЛеБо. — Научное сообщество все еще разрабатывает методы создания таких материалов, но чтобы предсказать их свойства, нужно знать, верна ли ваша модель».

Исследование показало, что предыдущие компьютерные модели не учитывали химическую неоднородность, обнаруженную в эксперименте. Ученые выяснили, что области с разной поляризацией оказались значительно меньше, чем предсказывали симуляции. Включив эти данные в модели, команда смогла значительно улучшить их соответствие реальному поведению материалов.

«Ранее модели предполагали случайные области поляризации, но не объясняли, как они коррелируют друг с другом, — поясняет соавтор работы Майкл Сюй. — Теперь мы можем предоставить эту информацию и увидеть, как отдельные химические элементы модулируют поляризацию в зависимости от зарядового состояния атомов».

По словам исследователей, этот метод открывает путь к созданию материалов с заданными электронными свойствами, что критически важно для развития памяти, сенсорных систем и энергетических устройств. Работа была поддержана Исследовательской лабораторией Армии США, Управлением военно-морских исследований и Министерством обороны США.