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| A velocidades de obturación lentas, la estructura atómica de GeTE parece ordenada pero borrosa. Las exposiciones más rápidas revelan un patrón claro e intrincado de desplazamientos dinámicos. Crédito: Jill Hemman / ORNL, Departamento de Energía de EE. UU. |
Los materiales cúbicos energéticos, como los termoeléctricos o los materiales
híbridos de perovskita, suelen estar muy desordenados. En el
GeTe y los compuestos IV-VI
relacionados, se cree que esto proporciona la baja conductividad térmica
necesaria para las aplicaciones termoeléctricas.
Dado que la cristalografía convencional no puede distinguir entre el desorden
estático y los movimientos atómicos, los investigadores de Columbia
Engineering y la Universidad de Borgoña han desarrollado un nuevo tipo de
"cámara" que puede ver el desorden local.
Su característica más llamativa es una velocidad de obturación variable. Como
los grupos atómicos desordenados están en movimiento, el desorden dinámico
quedaba velado cuando el equipo utilizaba un obturador lento, pero era visible
cuando empleaban un obturador rápido. La nueva técnica, conocida como PDF de
obturador variable o vsPDF (de función de distribución de pares atómicos),
difiere de las cámaras convencionales en que mide las posiciones atómicas con
una velocidad de obturación de aproximadamente un picosegundo, o un millón (un
billón) de veces más rápido que los obturadores de las cámaras típicas.
Utiliza neutrones de una fuente del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL),
dependiente del Departamento de Energía de Estados Unidos.
Simon Billinge, catedrático de Ciencia de los Materiales y Física Aplicada y
Matemáticas, afirma: "Sólo con esta nueva herramienta vsPDF podemos ver esta
faceta de los materiales. Nos ofrece una forma totalmente nueva de desentrañar
las complejidades de lo que ocurre en los materiales complejos, los efectos
ocultos que pueden sobrealimentar sus propiedades. Con esta técnica podremos
observar un material y ver qué átomos bailan y cuáles no".
Los investigadores identificaron simetrías atómicas rotas en el GeTe, un
material crucial para la termoelectricidad, que transforma el calor residual
en energía, mediante la técnica vsPDF (o electricidad en refrigeración). Los
desplazamientos y los cambios dinámicos y la rapidez con que fluctuaban no
habían sido visibles antes.
El equipo creó una nueva hipótesis que explica cómo pueden surgir tales
fluctuaciones locales en el GeTe y materiales afines como resultado de los
descubrimientos de vsPDF. Los investigadores pueden encontrar nuevos
materiales con estas propiedades y aplicar factores externos para afectar al
resultado, creando materiales aún mejores con una comprensión mecanicista de
la danza.
El siguiente paso consiste en facilitar su técnica a la comunidad
investigadora y aplicarla a otros sistemas con el desorden dinámico. En la
actualidad, la técnica no está lista, pero con un mayor desarrollo debería
convertirse en una medida mucho más estándar.
Fuentes, créditos y referencias:
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