znanost 5.12.2016 17:07

Slovenski raziskovalci s pomembnim dosežkom na področju materialov

Ljubljana, 5. decembra - Raziskovalci z Instituta Jožef Stefan in Kemijskega inštituta so v sodelovanju s kolegoma iz Švice in Japonske prišli do pomembnega raziskovalnega dosežka v zvezi z bizmutovim feritom, materialom z obetavnimi možnostmi za uporabo v elektronski industriji. Raziskavo so objavili v najuglednejši reviji na področju materialov - Nature Materials.

Ljubljana.
Slovenski raziskovalci dokazali prisotnost točkastih defektov na domenskih stenah v feroelektričnem BiFeO3.
Foto: Mito Gegič

Ljubljana.
Slovenski raziskovalci dokazali prisotnost točkastih defektov na domenskih stenah v feroelektričnem BiFeO3.
Foto: Kemijski inštitut

Slovenski raziskovalci so prvi dokazali prisotnost točkastih defektov na domenskih stenah v feroelektričnem materialu - bizmutovem feritu (BiFeO3). S tem so razložili mehanizem lokalne električne prevodnosti v tem materialu, ki ga je teorija napovedovala že od leta 2009.

Kot so za STA pojasnili avtorji raziskave, so z uporabo sodobnih pristopov razložili mehanizem p-tipa električne prevodnosti domenskih sten v bizmutovem feritu in prispevali manjkajoči člen pri razlagi prevodnosti domenskih sten v feroelektrikih.

Ključna novost objave je torej razlaga pojava, ki temelji na eksperimentalnih podatkih, pridobljenih s sodobnimi metodami na vrhunskem presevnem elektronskem mikroskopu, ki je v Sloveniji od leta 2013.

Kot so dejali, je bizmutov ferit, ki ga v članku obravnavajo, obetaven material, trenutno pa mu namenjajo pozornost zaradi možne uporabe v elektronski industriji. Material bi lahko bil uporaben pri izdelavi senzorjev in aktuatorjev namenjenim visokim temperaturam delovanja.

Podobni materiali so že sedaj v rabi recimo v ultrazvočnih napravah, vendar je njihova uporaba temperaturno omejena. "V primeru, da želimo ultrazvok uporabiti v okolju, kot so plinske turbine ali denimo jedrske elektrarne ipd., kjer so temperature tipično višje od 200 stopinj Celzija, ti materiali, ki so danes v uporabi, večinoma niso ustrezni."

Bizmutov ferit po besedah avtorjev raziskave sam po sebi sicer ni nov, saj ga raziskovalci preučujejo že več desetletij. Že v zgodnjih 60. letih preteklega stoletja je bilo znano, da bizmutov ferit prevaja električni tok.

Leta 2009 pa je bil v reviji Nature Materials objavljen članek, v katerem so tuji raziskovalci poročali, da material električni tok prevaja tudi po posebnih ploskvah (mejah), ki razmejujejo dele kristala (domene), ki se minimalno razlikujejo v strukturi. Te meje imenujemo domenske stene.

Razlage prevodnosti so bile različne. Ena izmed teorij je predvidevala prisotnih točkastih defektov na stenah, vendar tip teh defektov ni bil eksperimentalno pojasnjen.

Slovenski raziskovalci so potrdili teorijo in neposredno dokazali, kateri so tisti nosilci, ki zares prevajajo električni tok - gre za elektronske luknje, povezane z železom v 4+ oksidacijskem stanju, so pojasnili avtorji.

Objava predstavlja pomemben prispevek k bazični znanosti, na dolgi rok pa bo imelo odkritje najverjetneje tudi uporabne posledice, ocenjujejo avtorji. S to razlago je namreč mogoče bolje krojiti lastnosti tega materiala.

"V principu, če potrebujemo prevodnost, jo je moč povečati, če je ne potrebujemo, pa jo je moč preprečiti. Nova spoznanja bodo ustvarila pot za prenos materiala v industrijo v obliki različnih komercialno zanimivih visokotehnoloških izdelkov," so še dejali.

Avtorji so članek v objavo sicer poslali že novembra lani, a so eno leto potrebovali za to, da so z dodatnimi eksperimenti in dokazovanji recenzente prepričali o veljavnosti modela prevajanja. Raziskave so bile v celoti zasnovane in izvedene na obeh slovenskih raziskovalnih institucijah.

Avtorji raziskave so Tadej Rojac, Andreja Benčan, Goran Dražić, Naonori Sakamoto, Hana Uršič, Boštjan Jančar, Gašper Tavčar, Maja Makarovič, Julian Walker, Barbara Malič in Dragan Damjanović.