Eerste realtime visualisatie van domeinrespons op nanoschaal kan echografie-beeldvormingstechnologie stimuleren

Ultrasone beeldvorming is een van de meest gebruikte diagnostische hulpmiddelen in de moderne geneeskunde. Achter zijn niet -invasieve magie ligt een klasse van materialen die bekend staan ​​als piëzo -elektrische enkele kristallen, die elektrische signalen kunnen omzetten in mechanische trillingen en vice versa.

Nu, in een wereld-eerste, heeft een onderzoeksteam van de Kumamoto University met succes gevisualiseerd hoe kleine structuren in een van deze kristallen in realtime reageren op elektrische velden-licht op de dynamiek van nanostructuur in materialen die worden gebruikt in echografie-sondes. Het werk wordt gepubliceerd in het tijdschrift Applied Physics Letters.

Het team, geleid door professor Yukio Sato van het Research and Education Institute for Semiconductors and Informatics (REISI), gericht op een kristal dat bekend staat als PMN-PT (een solide oplossing van loodmagesiumniobaat en loodtitanaat), gewaardeerd voor de uitzonderlijke piëzo-elektrische prestaties. Het is bekend dat het toepassen van alternatieve stroom (AC) elektrische velden – bekend als AC Poling – de prestaties van deze materialen kan verbeteren. Maar de exacte mechanismen achter deze verbetering, en hoe overmatig gebruik de prestaties daadwerkelijk kan verslechteren, bleven een mysterie.

In de studiehet team gebruikte een gespecialiseerde in situ elektronenmicroscopiemethode ontwikkeld aan de Kumamoto University, waardoor ze microscopische domeinstructuren konden observeren – ferro -elektrische nanodomeinen – omdat ze reageerden op AC -elektrische velden.

Wat ze zagen was opvallend: slechts één cyclus van een AC -elektrisch veld met een sterkte van 12 kV/cm en 20 Hz veranderde de domeinstructuur aanzienlijk.

Na verloop van tijd zorgden kortere AC -behandelingen ervoor dat sommige domeinwanden groeiden en samenvoegen, waardoor de eigenschappen van het materiaal mogelijk werden verbeterd. Uitgebreide behandelingen leidden echter tot de vorming van verticaal uitgelijnde microdomeinbanden die de prestaties kunnen belemmeren-een fenomeen dat consistent is met overpolitie.

“Dit is de eerste keer dat we deze domeinen op nanoschaal in realtime kunnen zien reageren”, zegt professor Sato. “Het begrijpen van deze veranderingen is essentieel voor het verfijnen van het polingproces en het ontwikkelen van efficiëntere en duurzame medische beeldvormingsapparaten.”