Sólidos cristalinos que exibem a transição de fase típica envolvem uma mudança na estrutura cristalina. Tais transições de fase estruturais geralmente ocorrem em temperaturas finitas. No entanto, controlar a composição química do cristal pode reduzir a temperatura de transição para zero absoluto (-273°C). O ponto de transição no zero absoluto é chamado de ponto crítico quântico estrutural.
Cientistas de Universidade Metropolitana de Osaka descobriram uma transição de fase anteriormente não reconhecida, na qual os cristais adquirem propriedades amorfas, mantendo suas propriedades cristalinas. Sua pesquisa ajuda a criar materiais híbridos usados em ambientes agressivos como o espaço.
A mudança de fase estrutural no composto dielétrico Ba1-xSrxAl2O4 é impulsionada por um modo acústico suave, cujo padrão de vibração atômica se assemelha ondas sonoras. Átomos de Ba/Sr e uma rede tetraédrica de AlO4 constituem a molécula.
Os cientistas descobriram que um arranjo atômico altamente desordenado é formado na rede AlO4 em composições químicas próximas ao ponto crítico quântico estrutural, resultando em características de materiais cristalinos e amorfos.
Ba1-xSrxAl2O4 é um sólido cristalino. No entanto, os cientistas descobriram que Ba1-xSrxAl2O4 exibe a característica térmica de materiais amorfos, ou seja, baixa condutividade térmica equivalente à dos materiais de vidro, em concentrações maiores de Sr do que o ponto crítico quântico estrutural (por exemplo, vidro de sílica). Eles notaram que o modo suave acústico interrompido incoerentemente faz com que uma parte da estrutura atômica perca periodicidade. Como resultado, é realizado um arranjo periódico de Ba combinado com uma rede vítrea de Al-O.
Os cientistas são os primeiros a descobrir este estado híbrido. Pode ser criado simplesmente misturando matérias-primas uniformemente e aquecendo-as.
Professor Associado Yui Ishii da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade Metropolitana de Osaka dito, “Em princípio, o fenômeno revelado nesta pesquisa pode ocorrer em materiais que apresentam modos acústicos suaves. A aplicação desta técnica a diversos materiais possivelmente nos ajudará a criar materiais híbridos que combinem as propriedades físicas dos cristais, como propriedades ópticas e condutividade elétrica, com a baixa condutividade térmica dos materiais amorfos. Além disso, a alta resistência ao calor dos cristais pode ser utilizada para desenvolver materiais de isolamento que podem ser usados em ambientes agressivos, como o espaço sideral.”
Jornal de referência:
- Y. Ishii et al. Quebra parcial da simetria de translação em um ponto crítico quântico estrutural associado a um modo suave ferroelétrico. Revisão Física B. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111
