Громкоговорители и микрофоны в современных телефонах зависят от крошечных кристаллов, изменяющих электричество в звук и наоборот. Компьютерная модель этих молекулярное строение кристалла, сообщил в текущей Природе, может однажды позволить ученым индивидуальному проекту новые кристаллы для сверхчувствительных устройств ультразвука, которые могли избавить от необходимости некоторые виды диагностической операции.
Когда напряжение применяется к так называемому пьезоэлектрическому кристаллу, атомам на кристаллическом протяжении решетки, как аккордеон, вдоль направления прикладного электрического поля. Также как аккордеон, кристаллические писки, поскольку это простирается – который является частью того, что делает их настолько полезными. Перемена также происходит: звуковая волна может согнуть кристалл, генерировав электрический ток. Гибкость кристалла пропорциональна объему звука, который это может произвести или обнаружить.
Поскольку ученые не полностью понимают пьезоэлектрический ответ, новые кристаллы часто обнаруживаются случайно. «Они должны приготовить и посмотреть», говорит Рональд Коэн из Геофизической Лаборатории Института Карнеги Вашингтона. Недавно, бригада придумала победителя: партия двух свинцовых кристаллов под названием PZN-PT и PMN-PT, который может протянуть приблизительно в 20 раз больше, чем другие кристаллы. В то время как эти кристаллы чемпиона, конечно, повысят чувствительность пьезоэлектрических устройств, ученые были озадачены тем, как ведущие кристаллы работали так хорошо.Теперь у них может быть начало ответа.
Коэн и сотрудник Хуасян Фу развили компьютерную модель, объясняющую большой пьезоэлектрический ответ ведущих кристаллов. В зависимости от его структуры кристалл простирается вдоль одного из двух возможных направлений или поляризации. Что касается PZN-PT и PMN-PT, их поляризация расширяется совсем другими суммами: один на 0,1% и другой почти на 2%. Коэн и новая модель Фу показывают, что увеличение силы электрического поля может ударить поляризацию от одного государства до другого, и именно этот выключатель между поляризацией существенно увеличивает пьезоэлектрический ответ.
Существует, вероятно, больше к истории, чем которая, говорит Дэвид Вандербилт, физик в Университете Ратджерса в Пискатауэе, Нью-Джерси. Он указывает, что в реальной жизни, кристаллы более беспорядочны, чем Коэн и Фу принимают в их модели; этот беспорядок может так или иначе способствовать тому, как хорошо кристаллы работают в лаборатории. «Существует много фермента в этой области», говорит Вандербилт, «может потребоваться 2 или 3 года для полного понимания большого ответа».
Часть волнения – то, что такие гибкие пьезоэлектрические кристаллы сделали бы более чувствительные датчики и могли улучшить разрешение медицинских устройств тот ультразвук использования.