研究人員實現鐵電陶瓷中的機械原子壓印

世界上的電瓷市場每年有250億歐元的規模。這些非常小的元件在日常生活中甚至常常不被人察覺。僅僅一部智能手機就包含600個電容器，每年生產3萬億個。許多電瓷的運作方式不是基於流經材料的電流，而是基於原子直徑幾分之一的小電荷錯位，稱為極化。

世界上生產的大約四分之一的電瓷將這種極化與材料的延伸相聯繫，而這種延伸又可以調整到一個原子直徑的精度。只有這樣，才能構造出越來越小的計算機部件和微型機器人。

通過使用化學干預手段，將規則形狀的晶格中的個別原子替換（賦予）其他原子，可以改善電動力學的特性--這有點像讓一個身穿黑黃球衣的多特蒙德球迷坐在一個滿是身穿紅色上衣的拜仁慕尼黑俱樂部球迷的8運動場裏。然而，在有特殊要求的地方，如更高的温度或電壓，被賦予的原子會失去它的位置（會被推來推去），對電瓷的性能非常不利。

單個原子在電瓷晶格中的安裝對於複雜的要求來説是不夠穩定的，但是整個原子系列的安裝（位移）是穩健的。在足球場的例子中，這就相當於在拜仁的球迷中間變成了一排多特蒙德的球迷。達姆施塔特工業大學三個工作組的材料科學家正在與來自瑞士、荷蘭和美國的研究小組合作研究這些置換工作。

化學方法已經不能滿足計劃中的置換。相反，研究人員成功地以機械方式實現了位移。他們使用了一種工藝，在可控的壓力和温度條件下對陶瓷進行機械變形，這樣位移就可以印在陶瓷上了。像這樣的方法對金屬來説是小菜一碟，但由於陶瓷的巨大硬度，它基本上被認為是不可能的。另外，陶瓷的表面是非常脆的，很容易破碎。為了克服這些障礙，科學家們在1150攝氏度下對先前計算出的優化方向的單晶進行了機械壓印。

這種方法現在可以使新佔領的原子行形成一個有序的場。這些系列控制着材料中的局部極化，即負載位錯。由於印記系列明顯限制了極化，即使在非常高的操作條件下，它也不會失去結構。在電動力學的操作中，現在由系列劃定的材料區域（位移）承擔了一定的電荷轉移；繼續用足球來比喻，就好像拜仁的球迷要向前或向側面分段傾斜。由於這些材料區域在高條件下不發生變化，因此沒有能量被內部摩擦轉化，材料行為會繼續保持穩定。

現在，這些材料使得即使在温度升高和能源使用增加的情況下，也能確保性能穩定。同時，研究人員正在解決降低成本的問題，以通過機械壓印的幾種選擇來提供位移的必要性。