Кристаллические твердые тела, которые демонстрируют типичный фазовый переход, связаны с изменением кристаллической структуры. Такие структурные фазовые переходы обычно происходят при конечных температурах. Однако, контролируя химический состав кристалла, можно понизить температуру перехода до абсолютного нуля (-273°C). Точка перехода при абсолютном нуле называется структурной квантовой критической точкой.
Ученые из Осакский столичный университет открыли ранее неизвестный фазовый переход, при котором кристаллы приобретают аморфные свойства, сохраняя при этом свои кристаллические. Их исследования помогают создавать гибридные материалы, используемые в суровых условиях, таких как космос.
Структурный фазовый переход в диэлектрическом соединении Ba1-xSrxAl2O4 обусловлен мягкой акустической модой, картина атомных колебаний которой напоминает звуковые волны. Атомы Ba/Sr и тетраэдрическая сетка AlO4 составляют молекулу.
Ученые обнаружили, что сильно неупорядоченное расположение атомов формируется в сетке AlO4 при химических составах вблизи структурной квантовой критической точки, что приводит к характеристикам как кристаллических, так и аморфных материалов.
Ba1-xSrxAl2O4 представляет собой кристаллическое твердое вещество. Однако ученые обнаружили, что Ba1-xSrxAl2O4 проявляет тепловые характеристики аморфных материалов, то есть низкую теплопроводность, эквивалентную теплопроводности стеклянных материалов, при более высоких концентрациях Sr, чем структурная квантовая критическая точка (например, кварцевое стекло). Они заметили, что некогерентно остановленная акустическая мягкая мода приводит к тому, что часть атомной структуры теряет периодичность. В результате реализуется периодическое расположение Ba в сочетании со стеклообразной сеткой Al-O.
Ученые первыми открыли это гибридное состояние. Его можно создать, просто равномерно смешав сырье и нагрев его.
Доцент Юи Исии Высшей инженерной школы Осакского столичного университета — сказал, «В принципе, явление, обнаруженное в этом исследовании, может происходить в материалах с мягкими акустическими модами. Применение этой техники к различным материалам, возможно, поможет нам создать гибридные материалы, сочетающие в себе физические свойства кристаллов, такие как оптические свойства и электрическая проводимость, с низкой теплопроводностью аморфных материалов. Кроме того, высокая термостойкость кристаллов может быть использована для разработки изоляционных материалов, которые можно использовать в суровых условиях, например в открытом космосе».
Справочник журнала:
- Ю. Исии и соавт. Частичное нарушение трансляционной симметрии в структурной квантовой критической точке, связанной с сегнетоэлектрической мягкой модой. Физический обзор B, DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111
