Los sólidos cristalinos que exhiben la transición de fase típica implican un cambio en la estructura cristalina. Tales transiciones de fase estructural generalmente ocurren a temperaturas finitas. Sin embargo, controlar la composición química del cristal puede reducir la temperatura de transición al cero absoluto (−273 °C). El punto de transición en el cero absoluto se denomina punto crítico cuántico estructural.
Los científicos de Universidad Metropolitana de Osaka han descubierto una transición de fase previamente no reconocida en la que los cristales adquieren propiedades amorfas mientras mantienen sus cristalinas. Su investigación ayuda a crear materiales híbridos utilizados en entornos hostiles como el espacio.
El cambio de fase estructural en el compuesto dieléctrico Ba1-xSrxAl2O4 está impulsado por un modo acústico suave, cuyo patrón de vibración atómica se asemeja a ondas sonoras. Los átomos de Ba/Sr y una red tetraédrica de AlO4 forman la molécula.
Los científicos descubrieron que se forma una disposición atómica muy desordenada en la red de AlO4 en composiciones químicas cercanas al punto crítico cuántico estructural, lo que da como resultado características de materiales tanto cristalinos como amorfos.
Ba1-xSrxAl2O4 es un sólido cristalino. Sin embargo, los científicos descubrieron que Ba1-xSrxAl2O4 exhibe la característica térmica de los materiales amorfos, es decir, una baja conductividad térmica equivalente a la de los materiales de vidrio, en concentraciones de Sr mayores que el punto crítico cuántico estructural (por ejemplo, vidrio de sílice). Se dieron cuenta de que el modo suave acústico incoherentemente detenido hace que una parte de la estructura atómica pierda periodicidad. Como resultado, se realiza una disposición periódica de Ba combinada con una red vítrea de Al-O.
Los científicos son los primeros en descubrir este estado híbrido. Se puede crear simplemente mezclando materias primas de manera uniforme y calentándolas.
Profesor asociado Yui Ishii de la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad Metropolitana de Osaka dijo, “En principio, el fenómeno revelado en esta investigación puede ocurrir en materiales que exhiben modos acústicos suaves. La aplicación de esta técnica a varios materiales posiblemente nos ayude a crear materiales híbridos que combinen las propiedades físicas de los cristales, como las propiedades ópticas y conductividad eléctrica, con la baja conductividad térmica de los materiales amorfos. Además, la alta resistencia al calor de los cristales se puede utilizar para desarrollar materiales de aislamiento que se pueden usar en entornos hostiles, como el espacio exterior”.
Referencia de la revista:
- Y. Ishii et al. Ruptura parcial de la simetría de traducción en un punto crítico cuántico estructural asociado con un modo blando ferroeléctrico. Revisión física B. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111
