I solidi cristallini che presentano la tipica transizione di fase comportano un cambiamento nella struttura cristallina. Tali transizioni di fase strutturali di solito si verificano a temperature finite. Tuttavia, il controllo della composizione chimica del cristallo può abbassare la temperatura di transizione allo zero assoluto (-273°C). Il punto di transizione allo zero assoluto è chiamato punto critico quantistico strutturale.
Gli scienziati di Università metropolitana di Osaka hanno scoperto una transizione di fase precedentemente sconosciuta in cui i cristalli acquisiscono proprietà amorfe pur mantenendo quelle cristalline. La loro ricerca aiuta a creare materiali ibridi utilizzati in ambienti difficili come lo spazio.
Il cambiamento di fase strutturale nel composto dielettrico Ba1-xSrxAl2O4 è guidato da una modalità acustica morbida, il cui modello di vibrazione atomica ricorda onde sonore. Gli atomi di Ba/Sr e una rete tetraedrica AlO4 costituiscono la molecola.
Gli scienziati hanno scoperto che nella rete AlO4 si forma una disposizione atomica altamente disordinata con composizioni chimiche vicine al punto critico quantistico strutturale, che dà luogo a caratteristiche dei materiali sia cristallini che amorfi.
Ba1-xSrxAl2O4 è un solido cristallino. Tuttavia, gli scienziati hanno scoperto che Ba1-xSrxAl2O4 presenta le caratteristiche termiche dei materiali amorfi, ovvero una bassa conduttività termica equivalente a quella dei materiali di vetro, a concentrazioni di Sr maggiori rispetto al punto critico quantistico strutturale (ad esempio, vetro di silice). Hanno notato che la modalità acustica morbida interrotta in modo incoerente fa sì che una parte della struttura atomica perda periodicità. Di conseguenza, viene realizzata una disposizione periodica del Ba combinata con una rete vetrosa Al-O.
Gli scienziati sono i primi a scoprire questo stato ibrido. Può essere creato semplicemente mescolando uniformemente le materie prime e riscaldandole.
Professore associato Yui Ishii della Graduate School of Engineering dell'Università metropolitana di Osaka disse, “In linea di principio, il fenomeno rivelato in questa ricerca può verificarsi in materiali che presentano modalità acustiche morbide. L'applicazione di questa tecnica a vari materiali potrebbe aiutarci a creare materiali ibridi che combinano le proprietà fisiche dei cristalli, come proprietà ottiche e conduttività elettrica, con la bassa conduttività termica dei materiali amorfi. Inoltre, l’elevata resistenza al calore dei cristalli può essere utilizzata per sviluppare materiali isolanti utilizzabili in ambienti difficili, come lo spazio”.
Riferimento della Gazzetta:
- Y. Ishii et al. Rottura parziale della simmetria di traslazione in un punto critico quantistico strutturale associato a una modalità morbida ferroelettrica. Revisione fisica B. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111
