Des physiciens de l'Université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) et de l'Institut Max Planck de physique des microstructures de Halle ont, en collaboration avec des chercheurs chinois et américains, déterminé le fonctionnement d'un matériau prometteur sans plomb. Le matériau, une ferrite de bismuth, a le potentiel de remplacer le titanate de zirconate de plomb (PZT), un matériau piézoélectrique utilisé dans diverses applications, notamment les appareils à ultrasons, les capteurs et les actionneurs.

Le PZT est un matériau piézoélectrique très efficace, mais il contient du plomb, toxique et nocif pour l'environnement. La ferrite de bismuth est une alternative sans plomb étudiée depuis un certain temps, mais ses propriétés piézoélectriques ne sont pas aussi bien comprises que celles du PZT.

Les chercheurs ont utilisé une combinaison de techniques expérimentales et de calculs théoriques pour déterminer le fonctionnement de la ferrite de bismuth. Ils ont découvert que les propriétés piézoélectriques du matériau sont dues au déplacement des atomes de bismuth et d’oxygène au sein de la structure cristalline. Ce déplacement crée un moment dipolaire électrique net, responsable des propriétés piézoélectriques du matériau.

Les découvertes des chercheurs permettent de mieux comprendre le fonctionnement de la ferrite de bismuth, ce qui pourrait conduire au développement de nouveaux matériaux piézoélectriques sans plomb aux propriétés améliorées. Cela pourrait avoir un impact significatif sur un large éventail d’applications, depuis les appareils à ultrasons jusqu’aux capteurs et actionneurs.

L’étude intitulée « Observation directe du mécanisme de déplacement du bismuth et de l’oxygène dans les céramiques piézoélectriques de ferrite de bismuth sans plomb » a été publiée dans la revue Physical Review Letters.