Les chercheurs Abhijit Pramanick de l'Université de la ville de Hong Kong (à gauche) et Mads Ry Jørgensen de l'Université d'Aarhus étudient les propriétés ferroélectriques sur TOPAZ, ligne de faisceau SNS 12, pour mieux comprendre le comportement des matériaux ferroélectriques à haute température et l'application de champs électriques. Leurs recherches pourraient également conduire au développement de matériaux plus respectueux de l'environnement. Crédit :ORNL/Geneviève Martin
A première vue, appareils d'imagerie biomédicale, téléphones portables, et les radiotélescopes ne semblent pas avoir grand-chose en commun, mais ce sont tous des exemples de technologies qui peuvent bénéficier de certains types de ferroélectriques relaxeurs, des céramiques qui changent de forme sous l'application d'un champ électrique.
Les propriétés électromécaniques de ces matériaux sont les plus fortes à des combinaisons spécifiques de température et de champs électriques appliqués. Deux anciens chercheurs postdoctoraux du laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du département américain de l'Énergie retournent à leurs racines en sciences neutroniques à la source de neutrons de spallation (SNS) de l'ORNL pour étudier ce phénomène.
Collègues et collaborateurs fréquents Abhijit Pramanick de l'Université de la ville de Hong Kong et Mads Ry Jørgensen de l'Université d'Aarhus au Danemark se sont rencontrés pour la première fois lors de la National School on Neutron and X-Ray Scattering (NXS) en 2008. Leur dernier projet consiste à appliquer des champs électriques et à varier températures aux échantillons monocristallins à l'aide de l'instrument TOPAZ, ligne de faisceau SNS 12, d'examiner comment les atomes du matériau sont déplacés dans ces conditions. Ils disent qu'une meilleure compréhension des comportements du matériau devrait aider au développement de nouvelles conceptions ferroélectriques relaxantes avec des propriétés améliorées - et peut-être celles qui sont plus respectueuses de l'environnement, trop.
"De façon intéressante, lorsque vous exposez ce matériau à certaines températures sous certains champs électriques, vous obtenez une forte augmentation des réponses électromécaniques, " a déclaré Pramanick. "Mais nous ne comprenons pas vraiment pourquoi cela se produit dans de telles conditions. Nous essayons de comprendre le mécanisme atomistique."
Jörgensen, qui gère également la ligne de faisceau DanMAX au laboratoire MAX IV en Suède, a expliqué que les détails fins du fonctionnement de ces matériaux restent un sujet de recherche en cours, car les scientifiques étudient ces mécanismes depuis plus de 50 ans sans résultats concluants.
TOPAZ est un instrument de diffusion élastique qui permet de sonder les structures et les réponses des matériaux dans des conditions environnementales contrôlées. Il permet la mesure neutronique des mêmes échantillons de monocristaux qui est possible avec la diffraction des rayons X. Crédit :Département américain de l'Énergie
Pour les réponses, l'équipe s'est tournée vers les neutrons. Les neutrons fournissent une sonde non destructive que les chercheurs peuvent utiliser pour interagir avec les matériaux afin de collecter des données sur les structures et les comportements atomiques des matériaux.
"Ce qui est vraiment intéressant, c'est la combinaison de températures élevées et de champs électriques. Lorsque vous essayez de mettre en œuvre cela pour de très petits cristaux comme ceux que nous utilisons ici, c'est une expérience très difficile à faire, " a déclaré Pramanick.
"Normalement, étudier ces cristaux serait comme se tenir sur un côté d'un bâtiment mais avoir besoin de parcourir tout le périmètre pour avoir une vue complète, " Jørgensen a dit, "mais TOPAZ fournit une vue complète des quatre côtés à la fois, ce qui nous permet de sonder le diagramme de diffraction en 3-D sans faire tourner l'échantillon."
Les chercheurs étudient également l'importance du plomb dans les matériaux ferroélectriques. Composant essentiel des ferroélectriques relaxeurs, le plomb présente également des risques environnementaux, de contribuer à la pollution de l'air à affecter négativement les écosystèmes fragiles.
"Nous devons apprendre ce qui rend le plomb si important, " a dit Pramanick. " Si nous pouvons mieux comprendre les mécanismes atomistiques, nous pouvons concevoir de nouveaux matériaux plus respectueux de l'environnement tout en ayant des propriétés similaires."
Les deux chercheurs sont ravis de poursuivre ces objectifs à SNS. "C'est toujours bon de revenir, " a déclaré Pramanick. "Nous aimons voir comment l'installation continue de croître."
