Padatan kristal yang menunjukkan transisi fase khas melibatkan perubahan struktur kristal. Transisi fase struktural seperti itu biasanya terjadi pada suhu yang terbatas. Namun, mengontrol komposisi kimia kristal dapat menurunkan suhu transisi ke nol mutlak (−273°C). Titik transisi pada nol mutlak disebut titik kritis kuantum struktural.
Ilmuwan dari Universitas Metropolitan Osaka telah menemukan transisi fase yang sebelumnya tidak dikenali di mana kristal memperoleh sifat amorf sambil mempertahankan sifat kristalnya. Penelitian mereka membantu menciptakan bahan hibrida yang digunakan di lingkungan yang keras seperti luar angkasa.
Perubahan fasa struktural dalam senyawa dielektrik Ba1-xSrxAl2O4 didorong oleh mode akustik lembut, yang pola getaran atomnya menyerupai gelombang suara. Atom Ba/Sr dan jaringan tetrahedral AlO4 membentuk molekul.
Para ilmuwan menemukan bahwa susunan atom yang sangat tidak teratur terbentuk dalam jaringan AlO4 pada komposisi kimia di dekat titik kritis kuantum struktural, menghasilkan karakteristik bahan kristal dan amorf.
Ba1-xSrxAl2O4 adalah padatan kristal. Namun, para ilmuwan menemukan bahwa Ba1-xSrxAl2O4 menunjukkan karakteristik termal bahan amorf, yaitu, konduktivitas termal rendah yang setara dengan bahan kaca, pada konsentrasi Sr yang lebih besar daripada titik kritis kuantum struktural (misalnya, kaca silika). Mereka memperhatikan bahwa mode lembut akustik yang berhenti secara tidak koheren menyebabkan sebagian dari struktur atom kehilangan periodisitas. Akibatnya, susunan Ba periodik yang dikombinasikan dengan jaringan kaca Al-O terwujud.
Para ilmuwan adalah yang pertama menemukan keadaan hibrida ini. Itu dapat dibuat hanya dengan mencampur bahan baku secara seragam dan memanaskannya.
Associate Professor Yui Ishii dari Graduate School of Engineering di Osaka Metropolitan University tersebut, “Pada prinsipnya, fenomena yang terungkap dalam penelitian ini dapat terjadi pada material yang menunjukkan mode akustik lembut. Menerapkan teknik ini ke berbagai bahan mungkin akan membantu kami membuat bahan hibrida yang menggabungkan sifat fisik kristal, seperti sifat optik dan konduktivitas listrik, dengan konduktivitas termal yang rendah dari bahan amorf. Selain itu, kristal tahan panas yang tinggi dapat digunakan untuk mengembangkan bahan insulasi yang dapat digunakan di lingkungan yang keras, seperti luar angkasa.”
Referensi Jurnal:
- Y.Ishii dkk. Kerusakan sebagian simetri translasi pada titik kritis kuantum struktural yang terkait dengan mode lunak feroelektrik. Ulasan Fisik B. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111
