Aktivierung nanoskaliger Flexoelektrizität – Kationendiffusion bei hohen Temperaturen

Der Forscher Leopoldo Molina-Luna (TU Darm­stadt) erhielt vor kurzem eines der begehrten ERC (Euro­pean Research Council) starting grants für das Thema “FOXON – Functionality of Oxide based devices under Electric-field: Towards Atomic-resolution Operando Nanoscopy”. 

Wir gratulieren Dir und Deinen Mit­arbeitern herzlich! 

Molina-Luna veröffentlichte Ergebnisse seiner In-situ-TEM-Experimente mit dem Titel „Aktivierung nanoskaliger Flexoelektrizität durch Veränderung der Kationendiffusion bei hohen Tem­­peraturen“ im hoch angesehenen Jour­­nal Nature Communications. 

Wichtige Teile der For­schung basieren auf In-situ-Biasing- und Heiz-Experimenten mit einem Lightning D9+ von DENS­solutions. Wir haben uns erlaubt, den Abstract aus dem frei zugänglichen Beitrag aus Nature Communications (2018)9:4445, DOI: 10.1038/s41467-018-06959-8, zu über­setzen. 

Abstract

Autoren: Leopoldo Molina-Luna, Shuai Wang, Yevheni Pivak, Alexander Zintler, Hector H. Perez-Garza, Ronald G. Spruit, Qiang Xu, Min Yi, Bai-Xiang Xu, Matias Acosta.

Unter einem Verfor­­mungsgradienten zeigt jedes Dielek­trikum Flexoelek­trizität. In diesem Fall wurden 0,75 Natrium­bismut­titanat – 0,25 Stron­tium­tita­nat (NBT-25ST) Core-Shell-Na­no­partikel über eine festkörperchemi­sche Reak­tion in situ in einem Trans­­mis­sions­elek­tronenmikroskop (TEM) dargestellt und domänenartige Nano­regionen (DLNRs) bis zu einer ungewöhnlich hohen Temperatur von 800 °C beobachtet. Die Au­to­ren führen dieses ungewöhn­liche Ver­halten/Phänomen auf einen chemisch induzierten Verfor­mungs­gra­dienten innerhalb der einzelnen Core-Shell-Nanopartikel zurück. Der Verformungsgradient entsteht durch Kontrolle der Dif­fusion der Strontiumkationen. Durch die Kom­bination von In-situ-Biasing und -Heizen im TEM mittels des Lightning Probenhalters D9+ von DENS­solutions und Phasenfeld-Si­mu­lationen wurde der resultierende Ver­formungsgradient sowie die lo­kale Polarisationsverteilung innerhalb eines einzelnen Nanopartikels ana­lysiert. 

Die Ergebnisse bestätigen einen lokalen Bruch der Symmetrie, welcher durch einen Verformungsgradienten (Flexoelektrizität) verursacht wird. 

Dieser wiederum ist auf eine schaltbare Polarisation zurückzuführen, wel­che über den konventionellen Tem­peraturbereich für existierende polare Materialien hinaus auftritt. 

Die Autoren konnten somit zeigen, dass polare Materialien durch Flexo­elektrizität bei sehr hohen Tem­­­pe­raturen durch Anpassung der Ka­tionendiffusion zugänglich sind.