Věnujeme velké úsilí pochopení nanoškálových jevů v chemicky neuspořádaných dielektrických materiálech. Tyto materiály vykazují extrémně vysoké piezoelektrické a dielektrické odezvy, což vede k jejich aplikaci v mnoha zařízeních. Vzhledem ke své složitosti na různých škálách však tyto materiály nejsou dosud dostatečně pochopeny, což brání plnému využití jejich potenciálu. V těsné spolupráci s experimentem se snažíme osvětlit mechanismy stojící za jejich mimořádnými vlastnostmi.
Využíváme k tomu numerické simulace, zajména tzv. molekulární dynamiku. Interakce mezi jednotlivými atomy jsou klasické, aby byly proveditelné dostatečně velké a dlouhé simulace nezbytná pro extrakci prostorových a časových korelací. Simulace nám umožňují modelovat difuzní roztyl, odrážející statický chemický i dynamický/vibrační nepořádek, a tento přímo porovnat s experimentálními daty. Protože relevance získaných výsledků silně závisí na kvalitě parametrů charakterizujících meziatomové interakce, udržujeme si kompetenci vyvíjet nové a vylepšovat stávající modely meziatomových interakcí. Rozptylové diagramy simulované pomocí pečlivě naladěných interakcí se podobají experimentálně získaným výsledkům, což naznačuje na dobrou kvalitu popisu meziatomových interakcí, a tedy možnost analyzovat mechanismy, které jsou ve vysoké odezvě dominantní.
Jedním ze studovaných materiálů je SrxBa1-xNb2O6 (SBN). Tento pevný roztok vykazuje laditelné ferroelektrické chování - může to být „normální“ feroelektrikum s ostrým fázovým přechodem při určité teplotě pro malé koncentrace stroncia nebo „relaxorový“ materiál, u kterého má dielektrická permitivita anomálii v širokém teplotním rozsahu, a navíc závisí na frekvenci elektrického pole. Relaxorové chování je obvykle připisováno existenci malých polárních clusterů nebo nanodomén. Ty byly rozsáhle studovány kombinací technik neutronového rozptylu a fenomenologického modelování. Kombinace teorie na atomové úrovni (za použití kvantově-mechanických výpočtů) a analýzy založené na rozptylu (neutronová párová distribuční funkce) vede k představě dvou podmřížek polarizace, ovlivněných chemickým nepořádkem a krátkodosahovou povahou nepolárních interakcí. Ramanovský rozptyl spolu s infračervenými a THz spektroskopickými metodami pokrývajícími dohromady široký frekvenční rozsah ukazují na existenci více polarizačních mechanismů přispívajících ke komplikovanému dielektrickému chování relaxorového SBN.
Jiným chemicky neuspořádaným materiálem našeho zájmu je PbZr1-xTixO3 (PZT) což je jedna z nejpoužívanějších piezoelektrických sloučenin s vynikajícími elektromechanickými vlastnostm v oblasti specifické koncentrace zirkonových a titanových atomů (označované jako morfotrponí fázové rozhraní – MPB). Náhodná distribuce těchto iontů dramaticky ztěžuje analýzu experimentálních dat. Nicméně, pečlivě navržená matematická analýza Ramanových spekter napomohla odhalit „skryté“ příspěvky k experimentálně zaznamenanému signálu. To pomohlo objasnit krátkodosahové uspořádání tohoto materiálu v oblasti MPB. Následná studie, opět využívající široký rozsah sondovacích frekvencí ukázala, jak mesoskopické strukturní objekty - stěny domén a hranice zrn - dominují dielektrické odezvě při pokojové a nižší teplotě.
