Группа исследователей из Массачусетского технологического института и партнерских организаций впервые представила детальную трехмерную карту атомной структуры релаксорных сегнетоэлектриков. Результаты работы, опубликованные в журнале «Science», закладывают основу для совершенствования моделей, используемых при проектировании вычислительных систем нового поколения, передовых датчиков и устройств хранения энергии.
Релаксорные сегнетоэлектрики на протяжении десятилетий применяются в производстве ультразвуковых сканеров, микрофонов и гидролокаторов. Эффективность этих материалов напрямую зависит от специфического расположения атомов в их кристаллической решетке. До настоящего времени прямое измерение внутренней структуры оставалось трудновыполнимой задачей, что вынуждало ученых опираться на неполные теоретические модели при разработке новых технологий.
В ходе исследования физики применили метод многослойной электронной птихографии. Технология предполагает сканирование образца наноразмерным пучком высокоэнергетических электронов с последующей регистрацией возникающих дифракционных картин. Благодаря алгоритмической обработке перекрывающихся областей данных ученым удалось реконструировать трехмерную информацию об объекте и волновой функции электронов на атомном уровне.
Объектом изучения стал сплав ниобата-магната свинца – титаната свинца, широко используемый в современных системах защиты и исполнительных механизмах. Эксперимент выявил сложную иерархию химических и полярных структур – от отдельных атомов до более крупных мезоскопических образований. Ученые обнаружили, что области с различной поляризацией значительно меньше, чем предсказывали предыдущие компьютерные симуляции.
Полученные данные позволили уточнить существующие модели, интегрировав в них ранее не учтенный фактор химического беспорядка. Авторы работы подчеркивают, что понимание корреляции между отдельными химическими элементами и состоянием их заряда критически важно для точного прогнозирования свойств материалов. Прямая связь трехмерной полярной структуры с расчетами молекулярной динамики подтверждает эффективность выбранного метода и открывает возможности для создания компонентов с заданными характеристиками, что необходимо для развития полупроводниковой индустрии и систем искусственного интеллекта.
