典型的な相転移を示す結晶固体は、結晶構造の変化を伴います。このような構造相転移は通常、有限の温度で発生します。ただし、結晶の化学組成を制御すると、転移温度を絶対零度 (-273°C) まで下げることができます。絶対零度の転移点は構造量子臨界点と呼ばれます。
からの科学者 首都大学東京 彼らは、結晶が結晶性を維持しながら非晶質の特性を獲得するという、これまで認識されていなかった相転移を発見しました。彼らの研究は、宇宙のような過酷な環境で使用されるハイブリッド材料の作成に役立ちます。
誘電体化合物 Ba1-xSrxAl2O4 の構造相変化は、原子振動パターンに似た軟音響モードによって駆動されます。 音波。 Ba/Sr 原子と AlO4 四面体ネットワークが分子を構成しています。
科学者らは、構造量子臨界点に近い化学組成で AlO4 ネットワーク内に高度に無秩序な原子配列が形成され、その結果、結晶材料と非晶質材料の両方の特性が得られることを発見しました。
Ba1-xSrxAl2O4 は結晶性固体です。しかし、科学者らは、Ba1-xSrxAl2O4 が、構造量子臨界点（石英ガラスなど）よりも Sr 濃度が高い場合、アモルファス材料の熱特性、つまりガラス材料と同等の低い熱伝導率を示すことを発見しました。彼らは、インコヒーレントに停止した音響ソフトモードにより、原子構造の一部が周期性を失うことに気づきました。その結果、ガラス状のAl-Oネットワークと組み合わせたBaの周期的配列が実現します。
科学者はこのハイブリッド状態を最初に発見しました。原料を均一に混ぜて加熱するだけで簡単に作れます。
大阪首都大学大学院工学研究科 准教授 石井 唯 と, 「原理的には、この研究で明らかになった現象は、軟音響モードを示す材料で発生する可能性があります。この技術をさまざまな材料に適用することで、結晶の光学特性や結晶の物理的特性を組み合わせたハイブリッド材料の作成に役立つ可能性があります。 電気伝導性、アモルファス材料の低い熱伝導率を備えています。さらに、結晶の高い耐熱性を利用して、宇宙などの過酷な環境でも使用できる断熱材の開発も可能です。」
ジャーナルリファレンス：
- 石井裕也 ほか強誘電体ソフトモードに関連する構造量子臨界点における並進対称性の部分的な崩壊。 身体的評価B。 DOI： 10.1103/PhysRevB.106.134111
