Τα κρυσταλλικά στερεά που παρουσιάζουν την τυπική μετάβαση φάσης περιλαμβάνουν μια αλλαγή στην κρυσταλλική δομή. Τέτοιες μεταβάσεις δομικής φάσης συμβαίνουν συνήθως σε πεπερασμένες θερμοκρασίες. Ωστόσο, ο έλεγχος της χημικής σύνθεσης του κρυστάλλου μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία μετάβασης στο απόλυτο μηδέν (−273°C). Το σημείο μετάβασης στο απόλυτο μηδέν ονομάζεται δομικό κβαντικό κρίσιμο σημείο.
Επιστήμονες από το Μητροπολιτικό Πανεπιστήμιο της Οσάκα έχουν αποκαλύψει μια προηγουμένως μη αναγνωρισμένη μετάβαση φάσης στην οποία οι κρύσταλλοι αποκτούν άμορφες ιδιότητες ενώ διατηρούν τις κρυσταλλικές τους. Η έρευνά τους βοηθά στη δημιουργία υβριδικών υλικών που χρησιμοποιούνται σε σκληρά περιβάλλοντα όπως το διάστημα.
Η αλλαγή της δομικής φάσης στη διηλεκτρική ένωση Ba1-xSrxAl2O4 καθοδηγείται από έναν ήπιο ακουστικό τρόπο, του οποίου το σχέδιο ατομικής δόνησης μοιάζει με ηχητικά κύματα. Τα άτομα Ba/Sr και ένα τετραεδρικό δίκτυο AlO4 συνθέτουν το μόριο.
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι μια εξαιρετικά διαταραγμένη ατομική διάταξη σχηματίζεται στο δίκτυο AlO4 σε χημικές συνθέσεις κοντά στο δομικό κβαντικό κρίσιμο σημείο, με αποτέλεσμα τα χαρακτηριστικά κρυσταλλικών και άμορφων υλικών.
Το Ba1-xSrxAl2O4 είναι ένα κρυσταλλικό στερεό. Ωστόσο, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το Ba1-xSrxAl2O4 παρουσιάζει τα θερμικά χαρακτηριστικά των άμορφων υλικών, δηλαδή χαμηλή θερμική αγωγιμότητα ισοδύναμη με αυτή των γυάλινων υλικών, σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις Sr από το δομικό κβαντικό κρίσιμο σημείο (π.χ. πυριτικό γυαλί). Παρατήρησαν ότι η ασυνάρτητα σταματημένη ακουστική ήπια λειτουργία προκαλεί απώλεια της περιοδικότητας ενός τμήματος της ατομικής δομής. Ως αποτέλεσμα, πραγματοποιείται μια περιοδική διάταξη Ba σε συνδυασμό με ένα υαλώδες δίκτυο Al-O.
Οι επιστήμονες είναι οι πρώτοι που ανακάλυψαν αυτή την υβριδική κατάσταση. Μπορεί να δημιουργηθεί απλά με την ομοιόμορφη ανάμειξη των πρώτων υλών και τη θέρμανση τους.
Αναπληρωτής Καθηγητής Yui Ishii από τη Σχολή Μηχανικών του Μητροπολιτικού Πανεπιστημίου της Οσάκα είπε, «Καταρχήν, το φαινόμενο που αποκαλύφθηκε σε αυτή την έρευνα μπορεί να συμβεί σε υλικά που παρουσιάζουν απαλούς ακουστικούς τρόπους. Η εφαρμογή αυτής της τεχνικής σε διάφορα υλικά θα μας βοηθήσει πιθανώς να δημιουργήσουμε υβριδικά υλικά που συνδυάζουν τις φυσικές ιδιότητες των κρυστάλλων, όπως οπτικές ιδιότητες και ηλεκτρική αγωγιμότητα, με τη χαμηλή θερμική αγωγιμότητα των άμορφων υλικών. Επιπλέον, η υψηλή αντοχή στη θερμότητα των κρυστάλλων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη μονωτικών υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε σκληρά περιβάλλοντα, όπως το διάστημα».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Y. Ishii et αϊ. Μερική διάσπαση της συμμετρίας μετάφρασης σε ένα δομικό κβαντικό κρίσιμο σημείο που σχετίζεται με έναν σιδηροηλεκτρικό μαλακό τρόπο λειτουργίας. Φυσική αναθεώρηση ΒΕ DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111
