(Phys.org) —Nouvelles sous-phases monocliniques dans le ferroélectrique BaTiO 3 ont été observés par les utilisateurs du Center for Nanoscale Materials de l'ANL de la Pennsylvania State University en collaboration avec le groupe de microscopie à rayons X du CNM et des scientifiques du Center for Nanophase Materials Sciences.

Les phases intermédiaires de faible symétrie nouvellement découvertes sont localement stabilisées près des limites de phases thermotropes dans les ferroélectriques simples, et ils présentent de grandes améliorations dans les coefficients de propriété optiques et piézoélectriques non linéaires. Les résultats révèlent que les transitions de phase dans les ferroélectriques sont intimement couplées à la microstructure du domaine sous-jacent. Les mesures de diffraction des rayons X par balayage à l'échelle nanométrique exploitant la sensibilité structurelle unique de la nanosonde à rayons X durs CNM ont démontré sans ambiguïté la nature monoclinique intrinsèque de la sous-phase. La découverte présente des opportunités uniques pour la conception de matériaux énergétiques « verts » à haute performance à l'échelle nanométrique.

Même en BaTiO sans plomb 3 et KNbO 3 , des matériaux classiques connus et étudiés depuis plus de 60 ans, cette nouvelle observation montre que les domaines peuvent conférer un caractère thermotrope à leurs transitions de phase par ailleurs bien connues. Ceci conduit à l'émergence de phases monocliniques intermédiaires dans une large gamme de températures autour des transitions interferroélectriques classiques.

Comme ce phénomène est dû aux interactions mécaniques et dipolaires entre les domaines ferroélectriques-ferroélastiques concurrents dans une microstructure de domaine complexe, des mesures multitechniques avancées résolues à l'échelle nanométrique dans le même emplacement spatial sont nécessaires pour révéler correctement la physique sous-jacente à un niveau microscopique. Ce travail montre que dans les phases intermédiaires stabilisées, à la fois les propriétés piézoélectriques et optiques non linéaires peuvent être fortement améliorées et même nouvellement induites. Étant donné que le mécanisme d'abaissement de la symétrie par les contraintes et les champs est en principe universel pour tous les systèmes cristallins ferroélectriques non tricliniques, ces résultats suggèrent une multitude de possibilités pour la conception de phases hautes performances qui peuvent créer des matériaux énergétiques uniques à l'échelle nanométrique à partir de ferroélectriques simples sans plomb.

La ligne de faisceaux de la nanosonde à rayons X durs est située à la source avancée de photons d'Argonne.