Krystallinske faste stoffer som viser den typiske faseovergangen involverer en endring i krystallstrukturen. Slike strukturelle faseoverganger skjer vanligvis ved endelige temperaturer. Kontroll av den kjemiske sammensetningen til krystallen kan imidlertid senke overgangstemperaturen til absolutt null (−273 °C). Overgangspunktet ved absolutt null kalles det strukturelle kvantekritiske punktet.
Forskere fra Osaka Metropolitan University har avdekket en tidligere ukjent faseovergang der krystaller får amorfe egenskaper mens de beholder sine krystallinske. Forskningen deres bidrar til å skape hybridmaterialer som brukes i tøffe miljøer som plass.
Den strukturelle faseendringen i den dielektriske forbindelsen Ba1-xSrxAl2O4 drives av en myk akustisk modus, hvis atomære vibrasjonsmønster ligner lydbølger. Ba/Sr-atomer og et AlO4 tetraedrisk nettverk utgjør molekylet.
Forskere oppdaget at et svært uordnet atomarrangement dannes i AlO4-nettverket ved kjemiske sammensetninger nær det strukturelle kvantekritiske punktet, noe som resulterer i både krystallinske og amorfe materialers egenskaper.
Ba1-xSrxAl2O4 er et krystallinsk fast stoff. Forskerne oppdaget imidlertid at Ba1-xSrxAl2O4 viser den termiske karakteristikken til amorfe materialer, dvs. lav varmeledningsevne tilsvarende den for glassmaterialer, ved større Sr-konsentrasjoner enn det strukturelle kvantekritiske punktet (f.eks. silikaglass). De la merke til at den usammenhengende stoppede akustiske myke modusen fører til at en del av atomstrukturen mister periodisitet. Som et resultat realiseres et periodisk Ba-arrangement kombinert med et glassaktig Al-O-nettverk.
Forskere er de første som oppdager denne hybridtilstanden. Den kan lages ganske enkelt ved å blande råvarer jevnt og varme dem opp.
Førsteamanuensis Yui Ishii fra Graduate School of Engineering ved Osaka Metropolitan University sa, "I prinsippet kan fenomenet som avsløres i denne forskningen oppstå i materialer som viser myke akustiske moduser. Å bruke denne teknikken på ulike materialer vil muligens hjelpe oss med å lage hybridmaterialer som kombinerer de fysiske egenskapene til krystaller, for eksempel optiske egenskaper og elektrisk Strømføringsevne, med den lave varmeledningsevnen til amorfe materialer. I tillegg kan den høye varmebestandigheten til krystaller brukes til å utvikle isolasjonsmaterialer som kan brukes i tøffe miljøer, for eksempel verdensrommet.
Tidsreferanse:
- Y. Ishii et al. Delvis nedbryting av translasjonssymmetri ved et strukturelt kvantekritisk punkt assosiert med en ferroelektrisk myk modus. Fysisk gjennomgang B. GJØR JEG: 10.1103/PhysRevB.106.134111
