Científicos del MIT descubren la estructura oculta de un material avanzado

Los materiales conocidos como ferroelectricos relaxores han sido fundamentales en tecnologías como la imagenología por ultrasonido, micrófonos y sistemas de sonar durante décadas. Sin embargo, su estructura interna había permanecido como un misterio, dificultando la comprensión completa de su funcionamiento. Recientemente, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y otras instituciones logró, por primera vez, mapear la estructura atómica tridimensional de estos materiales, lo que abre nuevas posibilidades para mejorar su diseño y aplicación en sistemas de computación, dispositivos energéticos y sensores avanzados.

El estudio, publicado en la revista Science, representa un avance significativo en la investigación de estos materiales. El autor principal, James LeBeau, profesor de Ciencia de Materiales e Ingeniería en el MIT, afirmó: "Ahora que comprendemos mejor lo que está sucediendo, podemos predecir y diseñar mejor las propiedades que queremos que los materiales logren".

Para llevar a cabo esta investigación, el equipo utilizó un método de imagen avanzado llamado ptychografía electrónica de múltiples capas (MEP). Esta técnica permite escanear un haz de electrones de alta energía sobre el material y registrar los patrones de difracción resultantes, lo que ayuda a crear un escaneo tridimensional de la estructura atómica del material. Los investigadores se enfocaron en una aleación de niobato de plomo y titanato de plomo, un material ampliamente utilizado en sensores y sistemas de defensa.

Los hallazgos del equipo desafiaron las suposiciones anteriores sobre la distribución de cargas eléctricas en estos materiales. Michael Xu y Menglin Zhu, coautores del estudio, explicaron que la desordenación química observada durante los experimentos no había sido completamente considerada en investigaciones previas. Al fusionar observaciones experimentales con simulaciones, lograron refinar los modelos y predecir mejor los resultados observados en sus experimentos.

El equipo de investigación incluyó a otros destacados académicos y estudiantes de doctorado en ciencia de materiales, así como a colaboradores de instituciones como la Universidad de Alabama en Birmingham y el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea.

Este estudio no solo proporciona una base más clara para el desarrollo de modelos de diseño de materiales, sino que también destaca el creciente potencial de la ptychografía electrónica para explorar materiales complejos y desordenados. Los investigadores creen que esta técnica podría llevar a nuevas líneas de investigación y ayudar a diseñar materiales con propiedades electrónicas personalizadas, mejorando tecnologías como el almacenamiento de memoria y los sistemas de detección.

La investigación fue financiada en parte por el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU., la Oficina de Investigación Naval de EE. UU., el Departamento de Guerra de EE. UU. y una Beca de Graduados de Ciencias Nacionales. Además, el trabajo se realizó utilizando las instalaciones de MIT.nano.