Krystallinske faste stoffer, der udviser den typiske faseovergang, involverer en ændring i krystalstrukturen. Sådanne strukturelle faseovergange forekommer sædvanligvis ved endelige temperaturer. Styring af den kemiske sammensætning af krystallen kan dog sænke overgangstemperaturen til det absolutte nulpunkt (-273°C). Overgangspunktet ved det absolutte nul kaldes det strukturelle kvantekritiske punkt.
Forskere fra Osaka Metropolitan University har afsløret en hidtil ikke anerkendt faseovergang, hvor krystaller får amorfe egenskaber, mens de bevarer deres krystallinske. Deres forskning hjælper med at skabe hybride materialer, der bruges i barske miljøer som rummet.
Den strukturelle faseændring i den dielektriske forbindelse Ba1-xSrxAl2O4 drives af en blød akustisk tilstand, hvis atomare vibrationsmønster ligner lydbølger. Ba/Sr-atomer og et AlO4-tetraedrisk netværk udgør molekylet.
Forskere opdagede, at et stærkt uordnet atomarrangement dannes i AlO4-netværket ved kemiske sammensætninger nær det strukturelle kvantekritiske punkt, hvilket resulterer i både krystallinske og amorfe materialers egenskaber.
Ba1-xSrxAl2O4 er et krystallinsk fast stof. Forskerne opdagede imidlertid, at Ba1-xSrxAl2O4 udviser den termiske karakteristik af amorfe materialer, dvs. lav varmeledningsevne svarende til glasmaterialers, ved større Sr-koncentrationer end det strukturelle kvantekritiske punkt (f.eks. silicaglas). De bemærkede, at den usammenhængende stoppede akustiske bløde tilstand får en del af atomstrukturen til at miste periodicitet. Som et resultat realiseres et periodisk Ba-arrangement kombineret med et glasagtigt Al-O-netværk.
Forskere er de første til at opdage denne hybridtilstand. Det kan skabes ved blot at blande råmaterialer ensartet og opvarme dem.
Lektor Yui Ishii fra Graduate School of Engineering ved Osaka Metropolitan University sagde, "I princippet kan det fænomen, der afsløres i denne forskning, forekomme i materialer, der udviser bløde akustiske tilstande. Anvendelse af denne teknik på forskellige materialer vil muligvis hjælpe os med at skabe hybride materialer, der kombinerer de fysiske egenskaber af krystaller, såsom optiske egenskaber og elektrisk ledningsevne, med den lave varmeledningsevne af amorfe materialer. Derudover kan den høje varmebestandighed af krystaller udnyttes til at udvikle isoleringsmaterialer, der kan bruges i barske miljøer, såsom det ydre rum."
Journal Reference:
- Y. Ishii et al. Delvis nedbrydning af translationssymmetri ved et strukturelt kvantekritisk punkt forbundet med en ferroelektrisk blød tilstand. Fysisk gennemgang B. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111
