Krystaliczne ciała stałe, które wykazują typowe przejście fazowe, wiążą się ze zmianą struktury krystalicznej. Takie strukturalne przejścia fazowe zwykle występują w skończonych temperaturach. Jednak kontrolowanie składu chemicznego kryształu może obniżyć temperaturę przejścia do zera absolutnego (-273°C). Punkt przejścia w zerze absolutnym nazywany jest strukturalnym kwantowym punktem krytycznym.
Naukowcy z Uniwersytet Metropolitalny w Osace odkryli nierozpoznane wcześniej przejście fazowe, w którym kryształy uzyskują właściwości amorficzne, zachowując jednocześnie swoje krystaliczne. Ich badania pomagają tworzyć materiały hybrydowe używane w trudnych warunkach, takich jak przestrzeń kosmiczna.
Strukturalna zmiana fazy w związku dielektrycznym Ba1-xSrxAl2O4 jest sterowana miękkim trybem akustycznym, którego wzór drgań atomowych przypomina fale dźwiękowe. Cząsteczka tworzą atomy Ba/Sr i czworościenna sieć AlO4.
Naukowcy odkryli, że w sieci AlO4 w składzie chemicznym w pobliżu strukturalnego punktu krytycznego tworzy się wysoce nieuporządkowany układ atomowy, co skutkuje właściwościami materiałów zarówno krystalicznych, jak i amorficznych.
Ba1-xSrxAl2O4 jest krystalicznym ciałem stałym. Jednak naukowcy odkryli, że Ba1-xSrxAl2O4 wykazuje charakterystykę termiczną materiałów amorficznych, tj. niskie przewodnictwo cieplne, równoważne przewodności materiałów szklanych, przy wyższych stężeniach Sr niż strukturalny punkt krytyczny kwantu (np. szkło krzemionkowe). Zauważyli, że niekoherentnie zatrzymany miękki tryb akustyczny powoduje, że część struktury atomowej traci okresowość. W rezultacie realizowany jest okresowy układ Ba połączony ze szklistą siecią Al-O.
Naukowcy jako pierwsi odkryli ten stan hybrydowy. Można go wytworzyć po prostu przez równomierne mieszanie surowców i ich podgrzewanie.
Profesor nadzwyczajny Yui Ishii z Graduate School of Engineering na Osaka Metropolitan University powiedziany, „W zasadzie zjawisko ujawnione w tych badaniach może wystąpić w materiałach wykazujących miękkie mody akustyczne. Zastosowanie tej techniki do różnych materiałów prawdopodobnie pomoże nam stworzyć materiały hybrydowe, które łączą fizyczne właściwości kryształów, takie jak właściwości optyczne i przewodnictwo elektryczne, o niskiej przewodności cieplnej materiałów amorficznych. Ponadto wysoka odporność kryształów na ciepło może zostać wykorzystana do opracowania materiałów izolacyjnych, które można stosować w trudnych warunkach, takich jak przestrzeń kosmiczna”.
Referencje czasopisma:
- Y. Ishii i in. Częściowe załamanie symetrii translacji w strukturalnym kwantowym punkcie krytycznym związanym z ferroelektrycznym trybem miękkim. Przegląd fizyczny B., DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111
