پژوهشگران دانشگاه ویسکانیسن-مادیسون با ترکیب یک ماده تک بلوری پیچیده دارای خواص پیزوالکتریک با سیلیکون موفق شدند یک دستگاه الکترومکانیکی نانومقیاس با ولتاژ کم بسازند. این دستگاه می‌تواند قدرت تفکیک سه بعدی، پردازش سیگنال، سیستم‌های مخابراتی، ادوات دریافت انرژی خورشیدی، حسگری و عملگرها را بهبود دهد.
پیشرفتی در زمینه تولید مواد پیزوالکتریک
پژوهشگران دانشگاه ویسکانسین-مادیسون با ترکیب یک ماده تک بلوری پیچیده
دارای خواص پیزوالکتریک با سیلیکون موفق شدند یک دستگاه الکترومکانیکی
نانومقیاس با ولتاژ کم بسازند. این دستگاه می‌تواند قدرت تفکیک سه بعدی،
پردازش سیگنال، سیستم‌های مخابراتی، ادوات دریافت انرژی خورشیدی، حسگری و
عملگرها را بهبود دهد.
مواد پیزوالکتریک با استفاده از حرکت مکانیکی می‌توانند سیگنال‌های
الکتریکی تولید کنند، مانند چراغ‌هایی که در کفش کودکان قرار داده می‌شود
که با فشار پا، چراغ‌ها روشن شود. همچنین این مواد می‌توانند با دریافت
انرژی الکتریکی، پاسخ مکانیکی دهند، برای مثال مواد پیزوالکتریک در منابع
تولید کننده امواج صوتی در ادوات تصویربرداری سونوگرافی.
چانگ بئوم و همکارانش به بررسی مواد پیزوالکتریک پیشرفته که منجر به تولید
نیوبات منگنز-تیتانات سرب می‌شود(PMN-PT)، پرداختند. چنین موادی دارای پاسخ
پیزوالکتریک بسیار بزرگی هستند به‌طوری که قادرند حرکت مکانیکی بیشتری نسبت
به دیگر مواد پیزوالکتریک از خود نشان دهند. این مواد می‌توانند هم به‌عنوان
عملگر و هم حسگر به‌کار گرفته شوند. برای مثال آنها با استفاده از انرژی
الکتریسیته تولید امواج فراصوت می‌کنند که این امواج به‌درون بدن وارد شده
و در برگشت توسط این مواد دوباره جذب شده و تبدیل به تصویر سه بعدی می‌شود.
در حال حاضر، محدودیت اصلی این مواد پیشرفته آن است که وارد کردن آنها در ادوات
نانومقیاس بسیار دشوار است. دانشمندان این مواد که به‌صورت توده‌ای هستند را خرد
کرده، تکه تکه و سپس آسیاب می‌کنند تا بتوان از آنها در نانوادوات استفاده کرد اما
این کار بسیار کم دقت و به‌صورت سعی و خطایی است.
برای حل این مشکل محققان PMN-PT را روی سیلیکون قرار دادند. البته پیش از آن، روی
سیلیکون یک لایه نازک تیتانات استرونتیوم قرار دادند، این لایه به‌صورت الگو عمل
کرده و ساختار سیلیکون را کپی برداری می‌کند. سپس لایه روتنات استرونتیوم روی آن
قرار داده می‌شود. در آخر نیز تک بلور پیزوالکتریک PMN-PT بروی آن قرار می‌گیرد.
پژوهشگران مقدار پاسخ مواد پیزوالکتریک ساخته شده با این روش را مقادیر پیش بینی
شده در تئوری مقایسه کردند. نتایج نشان داد که این ماده به‌خوبی نسخه توده‌ای خود
عمل می‌کند.
برای انجام این پروژه، بنیاد ملی علم در مدت ۴ سال مبلغ ۱٫۳۵ میلیون دلار سرمایه
گذاری کرده است. نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Domain dynamics
during ferroelectric switching published in the same issue در نشریه Science به
چاپ رسیده است.
