2010年11月11日
美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员利用中子束作为探针，已经开始揭示一种化合物的晶体结构，这种化合物对从声纳到计算机存储等一系列技术都至关重要。
他们最近的工作为人们提供了长久以来寻求的深入了解现代技术中广泛使用的材料是如何工作的。
这种化合物是一种“压电”材料，能够将一种能量转化为另一种能量——机械能转化为电能，反之亦然。压电技术长期应用于声纳系统中，用于探测声波。最近，压电技术已被应用于需要微小位置变化的设备中，例如从电脑硬盘读取数据的头。
几十年来，行业标准压电材料一直是PZT，这是一种含有钛、锆、铅和氧的化合物。当声波击中PZT晶体时，晶体的大小只会发生很小的百分之一的变化，这种形状的变化会产生电脉冲。几十年前，人们发现当钛和锆以近似相等的比例出现时，PZT的性能最佳，但没有人真正理解为什么。
NIST中子研究中心(NCNR)的Peter Gehring说:“理论经常关注锆过剩和钛过剩之间的过渡线上会发生什么。”“一些理论认为，就在过渡区附近，原子呈现出一种特殊的结构，这使得某些原子比其他情况下移动得更自由。但由于很难培育出足够大的PZT晶体来进行分析，我们无法完全测试这些想法。”
实现了一个突破加拿大西蒙弗雷泽大学的化学家设法生长单晶的几毫米大小和送他们到考试的NCNR中子壁上稍技术确定单个原子的位置在一个复杂的晶体结构通过观察模式由中子反射它。该团队还包括来自牛津大学、东京大学和华威大学的研究人员，他们能够明确排除PZT的一种提议结构。
相反，他们发现每个PZT晶体元素都可能采用两种可能的形式之一，这两种形式并存于更大的晶体阵列中。这些形式是由化学组成决定的，它们可能会影响材料在大范围内的性能。他们的发现还表明，在转变过程中观察到的行为变化是逐渐发生的，而不是在锆和钛的某些明显比例上发生的。
格林说，这一结果可能是改善PZT的一步。他说:“确定结构可能会给我们提供从基本原理设计压电材料所必需的视角，而不是只是玩玩看什么管用。”“如果你想造一个更好的捕鼠器，这就是你所需要的。”
来源:http://www.nist.gov/