首次实时可视化纳米尺度域响应可能会推动超声成像技术的发展

超声成像是现代医学中使用最广泛的诊断工具之一。在其非侵入性魔法的背后是一类被称为压电单晶的材料，它可以将电信号转换为机械振动，反之亦然

现在，熊本大学的一个研究小组首次成功地可视化了其中一个晶体内的微小结构如何实时响应电场，从而揭示了超声探头中使用的材料中纳米结构的动力学。这项工作发表在《应用物理快报》杂志上

该团队由半导体与信息学研究与教育研究所（REISI）的Yukio Sato教授领导，专注于一种名为PMN-PT（铌酸铅镁和钛酸铅的固溶体）的晶体，因其出色的压电性能而备受推崇。众所周知，施加交流（AC）电场（称为AC极化）可以提高这些材料的性能。但这种改进背后的确切机制，以及过度使用如何实际降低性能，仍然是一个谜

在这项研究中，研究小组使用了熊本大学开发的一种专门的原位电子显微镜方法，该方法使他们能够观察到微观畴结构——称为铁电纳米畴——对交流电场的反应

短时交流极化引起的畴结构变化。分别施加交流电场0.05秒（左列）和2秒（右列）后的TEM图像（顶行）和相应的畴结构（底行）。来源：《应用物理快报》（2024）。DOI:10.1063/5.0232904长时间交流极化引起的畴结构变化。分别施加交流电场2秒（左列）和870秒（右列）后的TEM图像（顶行）和相应的畴结构（底行）。来源：《应用物理快报》（2024）。DOI:10.1063/5.0232904

他们看到的是惊人的：强度为12 kV/cm和20 Hz的交流电场的一个周期显著改变了畴结构

随着时间的推移，较短的AC处理会导致一些畴壁生长和融合，从而可能增强材料的性能。然而，长时间的处理导致了垂直排列的微畴带的形成，这可能会阻碍性能——这一现象与过度极化是一致的

佐藤教授说：“这是我们第一次能够实时观察到这些纳米级结构域的反应。”。“了解这些变化对于完善极化过程和开发更高效、更持久的医学成像设备至关重要。”