Прорыв в исследовании кристаллических материалов
Международная команда ученых, включающая исследователей и выпускников Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), разработала новый подход к измерению реакции кристаллов на воздействие электрического поля.
Эксперименты на передовом оборудовании
Работа проводилась в рамках проекта на Европейском источнике синхротронного излучения (ESRF). Ученые из Китая, Израиля, Великобритании и России уверены, что этот метод открывает перспективы для создания новых материалов и оптимизации существующих.
"Наше исследование фокусируется на сегнетоэлектриках – кристаллических материалах, критически важных для множества устройств, от гидролокаторов подлодок до аппаратов УЗИ", – подчеркнул Дмитрий Чернышов, научный сотрудник Швейцарско-Норвежской лаборатории ESRF и кафедры "Физическая электроника" СПбПУ. Он отметил, что совершенствование свойств этих материалов представляет собой ключевую научную задачу.
Детализация структурных изменений
Эксперименты на ESRF позволили получить детальные 3D-карты рассеяния синхротронного излучения. Эти карты содержат исчерпывающую информацию о структуре кристалла и ее отклике на электрическое поле. Ученые разработали методику математического анализа таких карт для извлечения необходимых данных. Важную роль сыграла специальная ячейка для приложения поля, созданная выпускником СПбПУ Тихоном Вергентьевым во время стажировки на ESRF.
Дмитрий Чернышов пояснил, что кристаллическая структура описывается на разных пространственных уровнях: "Можно анализировать атомный уровень или уровень крупных блоков структуры – доменов, их границ и дефектов. При изменении внешних условий (температуры, давления) разные компоненты структуры реагируют по-своему". Научная группа сосредоточилась на отклике материала на электрическое поле, проявляющемся как в атомной, так и в доменной структуре.
Перспективы для науки и технологий
В одном эксперименте с использованием синхротронного излучения удалось визуализировать, как различные уровни структурной иерархии реагируют на внешнее воздействие. Измерение и описание реакции отдельных компонентов сложной системы и их взаимодействия открывает путь к целенаправленному управлению структурой и свойствами материалов.
Авторы ожидают, что их результаты найдут широкое применение. Химики смогут использовать их для модификации состава и кристаллической структуры, а материаловеды – для управления доменами (доменной инженерии). Это открывает перспективы для создания материалов с улучшенными характеристиками и их более эффективного использования в приборах ультразвуковой диагностики.
Изображение логотипа с сайта СПбПУ
Источник: scientificrussia.ru
