大数据分析发现的通用材料以前未知的功能

新的研究揭示了镍的可能应用，从数据存储到生物传感器。

当科学家和工程师发现优化现有材料的新方法时，它便为创新铺平了道路，使我们的手机，计算机到医疗设备的一切都变得更小，更快，更高效。

根据《自然》杂志NPG亚洲材料今日（2019年10月18日）发布的研究，由伦斯勒理工学院材料科学与工程学副教授埃德温·福腾（Edwin Fohtung）领导的一组研究人员找到了一种通过镍优化镍的新方法解锁特性可以实现从生物传感器到量子计算的众多应用。

他们证明，当镍被制成极小的单晶纳米线并受到机械能作用时，会产生巨大的磁场，这种现象被称为巨磁致伸缩。

相反，如果将磁场施加到材料上，则其中的原子将改变形状。可以利用这种位移来收集能量。Fohtung说，该特性对于数据存储和数据收集（甚至是生物传感器）都非常有用。尽管镍是一种常见的材料，但是在这些领域中镍的前景却从未为人所知。

想象一下建立一个具有大面积纳米线的系统。您可以将其放在外部磁场中，它将收获大量的机械能，但它会非常小。 Fhthtung说。

研究人员通过一种称为无透镜显微镜的技术发现了这种独特的特性，该技术中使用同步加速器来收集衍射数据。然后将该数据插入计算机算法，以生成电子密度和原子位移的3D图像。

Fohtung说，使用大数据方法，该技术可以产生比传统显微镜更好的图像，从而为研究人员提供更多信息。它将计算和实验物理学与材料科学相结合，这是他在多个专业领域的交集。

Fohtung说：“这种方法能够看到非常小的物体，并发现我们从未想到的关于这些材料及其用途的东西。”“如果您使用镜头，则只能看到有限的内容。它取决于镜头的大小，镜头的性质，镜头的曲率。如果没有镜头，我们的分辨率将受到辐射波长的限制。”

Fohtung使用相同的技术表明六价铁酸钡（一种常用于磁带，CD和计算机组件的通用且丰富的材料）具有自发的磁极化和电极化，当暴露于电场时其极化强度会增加或减少。该特性称为铁电特性，可用于快速写入，节电和数据存储。这些发现最近发表在《物理评论B》上。

Fohtung相信，无透镜研究物质的方法将使研究人员能够进一步了解固态材料，例如技术设备中使用的那些材料。它甚至可以使人们对人体组织和细胞有更深入的了解，使用这种技术可以在更自然的栖息地中进行观察。

“令我如此激动的是未来的潜力。现有的材料太多了，我们只是无法理解其潜在的应用，” Fhthtung说。

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参考

Anastasios Pateras，Ross Harder，Sohini Manna，Boris Kiefer，Richard L. Sandberg，Stuart Trugman，Jong Woo Kim，Jose de la Venta，Eric E. Fullerton和Oleg G.撰写的“单晶镍纳米线中的室温巨磁致伸缩”。 Shpyrko和Edwin Fohtung，2019年10月18日，NPG亚洲材料。
10.1038 / s41427-019-0160-8

D. Karpov，Z.Liu，A.Kumar，B.Kiefer，R.Harder，T.Lookman和E.Fotthung，“多铁性六方铁酸钡纳米晶体中的纳米尺度拓扑缺陷和不正确的铁电畴”，2019年8月22日，《物理评论》 B .DOI：
10.1103 / PhysRevB.100.054432

Fohtung与来自洛斯阿拉莫斯国家实验室，新墨西哥州立大学和阿贡国家实验室的研究人员合作编写了这两种出版物。

关于伦斯勒理工学院

伦斯勒理工学院成立于1824年，是美国第一所技术研究型大学。伦斯勒（Rensselaer）拥有5所学校，32个研究中心，超过145个学术计划，以及一个由7900多名学生和100,000多名在校生组成的充满活力的社区。Rensselaer的教职员工和校友包括145多位美国国家科学院院士，六位美国国家发明家名人堂成员，六位美国国家技术奖得主，五位美国国家科学奖得主和诺贝尔物理学奖得主。Rensselaer拥有近200年的发展科学和技术知识的经验，继续本着创新和合作精神专注于应对全球挑战。