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Edwin Fohtung, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en el Instituto Politécnico Rensselaer, dirige un equipo de investigación que ha combinado la experiencia en matemáticas y física del estado sólido con tecnología científica avanzada para descubrir propiedades notables de materiales ferroeléctricos magnéticos.
![Los materiales](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39834_16666926465652054.jpg)
Fuente de la imagen: Instituto Politécnico Rensselaer
En un nuevo estudio publicado por Springer Nature en progreso de la señoralos investigadores descubrieron que una clase de defectos conocidos como defectos topológicos podría proporcionar una plataforma para estudiar varios fenómenos inesperados.
Por ejemplo, se ha informado conductividad electrónica a temperatura ambiente en paredes de dominio de materiales ferroeléctricos aislantes. La comunidad científica se enfrenta al reto de obtener imágenes tridimensionales no destructivas de tales estructuras a nanoescala.
Esto se logró utilizando una técnica de microscopía de rayos X sin lentes llamada Imágenes difractivas coherentes de Bragg (BCDI). El descubrimiento de una técnica de microscopía de rayos X sin lentes tiene el potencial de tener implicaciones significativas para la física, la computación y las tecnologías médicas.
Usando fuentes de sincrotrón, que son esencialmente emitidas por aceleradores de partículas, podemos generar fotones de rayos X 10 mil millones de veces más brillantes que la luz solar. Enfocamos y controlamos estrechamente estos haces de rayos X para la espectroscopia y la obtención de imágenes, y por primera vez podemos observar pequeñas excitaciones a nanoescala de materiales en estado sólido.
Edwin Fohtung, Profesor Asociado, Ciencia e Ingeniería de Materiales, Instituto Politécnico Rensselaer
El equipo usó BCDI para encontrar defectos topológicos con propiedades inesperadas como conductividad y superconductividad en los límites de dominios elásticos o áreas con átomos desplazados o deformados.
Nuestra investigación podría conducir al uso de defectos topológicos como vórtices ferroeléctricos como bloques de construcción para formar qubits para su uso en computación cuántica. En biología y medicina regenerativa, los defectos topológicos pueden verse como bloques de construcción que controlan la dinámica celular colectiva. Por lo tanto, la capacidad de visualizar dichos defectos en su entorno original es de alta prioridad.
Edwin Fohtung, Profesor Asociado, Ciencia e Ingeniería de Materiales, Instituto Politécnico Rensselaer
Fohtung agregó: «En la nanoescala, características tales como dislocaciones y defectos topológicos globales son casi como un bloque de construcción en las aplicaciones a gran escala de estos materiales. Son impulsados principalmente por su comportamiento a nanoescala. Es algo que nos sorprende: las cosas a pequeña escala dominan lo que se capta a gran escala.”
El hallazgo puede tener una amplia gama de aplicaciones, con imperfecciones topológicas que incluso ayudan a comprender cómo se formó el Universo primitivo después del Big Bang.
Fohtung añadió además: “No podemos recrear el Big Bang en el laboratorio, pero los científicos pueden probar los defectos topológicos en las nanoestructuras de materiales con transiciones de fase que reducen la simetría muy similares a las del Universo primitivo después del Big Bang. Por lo tanto, podemos estudiar la velocidad a la que evolucionó el universo primitivo desde la comodidad de nuestro laboratorio. ¡Los defectos topológicos pueden ofrecer muchos conocimientos científicos nuevos desde la escala atómica hasta la cósmica!”
Los estudiantes de doctorado Nimish Prashant Nazirkar, Zachary Barringer y Skye Williams, junto con el posdoctorado Xiaowen Shi, colaboraron con Fohtung en esta investigación en Rensselaer.
La investigación del dr. Fohtung es un gran ejemplo de desdibujar las líneas entre la ingeniería de materiales avanzada y la física fundamental, con aplicaciones potenciales en muchas áreas interesantes. Estoy entusiasmado con las oportunidades interdisciplinarias que obtienen los estudiantes de ingeniería y los posdoctorados al participar en esta investigación.
Shekhar Garde, Decano, Ingeniería, Instituto Politécnico Rensselaer
El estudio también incluyó aportes de Ross Harder de Advanced Photon Source.
referencia de la revista
Schi, X. et al. (2022) Defectos topológicos y maclas ferroelásticas en nanocristales ferroeléctricos: qué pueden revelar los rayos X coherentes sobre ellos. MRS avanza. doi:10.1557/s43580-022-00352-w.
Fuente: https://rpi.edu/
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