Kiteiset kiinteät aineet, joilla on tyypillinen faasimuutos, sisältävät muutoksen kiderakenteessa. Tällaiset rakenteelliset faasimuutokset tapahtuvat yleensä äärellisissä lämpötiloissa. Kiteen kemiallisen koostumuksen kontrolloiminen voi kuitenkin laskea siirtymälämpötilan absoluuttiseen nollaan (-273 °C). Absoluuttisessa nollapisteessä olevaa siirtymäpistettä kutsutaan rakenteelliseksi kvanttikriittiseksi pisteeksi.
Tutkijat Osaka Metropolitan University ovat paljastaneet aiemmin tuntemattoman faasisiirtymän, jossa kiteet saavat amorfisia ominaisuuksia säilyttäen samalla kiteisensä. Heidän tutkimuksensa auttaa luomaan hybridimateriaaleja, joita käytetään ankarissa ympäristöissä, kuten avaruudessa.
Dielektrisen yhdisteen Ba1-xSrxAl2O4 rakennefaasimuutosta ohjaa pehmeä akustinen moodi, jonka atomivärähtelykuvio muistuttaa ääniaallot. Ba/Sr-atomit ja AlO4-tetraedriverkko muodostavat molekyylin.
Tutkijat havaitsivat, että AlO4-verkostoon muodostuu erittäin epäjärjestynyt atomijärjestely kemiallisiin koostumuksiin lähellä rakenteellista kvanttikriittistä pistettä, mikä johtaa sekä kiteisten että amorfisten materiaalien ominaisuuksiin.
Ba1-xSrxAl2O4 on kiteinen kiinteä aine. Tiedemiehet havaitsivat kuitenkin, että Ba1-xSrxAl2O4:llä on amorfisten materiaalien lämpöominaisuudet, eli alhainen lämmönjohtavuus, joka vastaa lasimateriaalia, suuremmilla Sr-pitoisuuksilla kuin rakenteellinen kvanttikriittinen piste (esim. piidioksidilasi). He huomasivat, että epäjohdonmukaisesti pysähtynyt akustinen pehmeä tila saa osan atomirakenteesta menettää jaksollisuutensa. Tuloksena toteutuu jaksollinen Ba-järjestely yhdistettynä lasimaiseen Al-O-verkkoon.
Tiedemiehet ovat ensimmäisiä, jotka löytävät tämän hybriditilan. Se voidaan luoda yksinkertaisesti sekoittamalla raaka-aineet tasaisesti ja kuumentamalla niitä.
Apulaisprofessori Yui Ishii Osaka Metropolitan Universityn tekniikan korkeakoulusta sanoi, ”Periaatteessa tässä tutkimuksessa paljastettu ilmiö voi esiintyä materiaaleissa, joissa on pehmeät akustiset tilat. Tämän tekniikan soveltaminen erilaisiin materiaaleihin auttaa meitä mahdollisesti luomaan hybridimateriaaleja, joissa yhdistyvät kiteiden fysikaaliset ominaisuudet, kuten optiset ominaisuudet ja sähkönjohtavuus, jolla on amorfisten materiaalien alhainen lämmönjohtavuus. Lisäksi kiteiden korkeaa lämmönkestävyyttä voidaan hyödyntää eristemateriaalien kehittämisessä, jota voidaan käyttää ankarissa ympäristöissä, kuten ulkoavaruudessa.
Lehden viite:
- Y. Ishii et ai. Translaatiosymmetrian osittainen hajoaminen rakenteellisessa kvanttikriittisessä pisteessä, joka liittyy ferrosähköiseen pehmeään tilaan. Fyysinen arviointi B. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111
