Kristallina fasta ämnen som uppvisar den typiska fasövergången involverar en förändring i kristallstrukturen. Sådana strukturella fasövergångar sker vanligtvis vid ändliga temperaturer. Att kontrollera den kemiska sammansättningen av kristallen kan dock sänka övergångstemperaturen till absoluta noll (−273°C). Övergångspunkten vid absolut noll kallas den strukturella kvantkritiska punkten.
Forskare från Osaka Metropolitan University har avslöjat en tidigare okänd fasövergång där kristaller får amorfa egenskaper samtidigt som de behåller sina kristallina. Deras forskning hjälper till att skapa hybridmaterial som används i tuffa miljöer som rymden.
Den strukturella fasförändringen i den dielektriska föreningen Ba1-xSrxAl2O4 drivs av ett mjukt akustiskt läge, vars atomära vibrationsmönster liknar ljudvågor. Ba/Sr-atomer och ett AlO4-tetraedriskt nätverk utgör molekylen.
Forskare upptäckte att ett mycket oordnat atomarrangemang bildas i AlO4-nätverket vid kemiska sammansättningar nära den strukturella kvantkritiska punkten, vilket resulterar i både kristallina och amorfa materialegenskaper.
Ba1-xSrxAl2O4 är ett kristallint fast ämne. Forskarna upptäckte dock att Ba1-xSrxAl2O4 uppvisar de termiska egenskaperna hos amorfa material, dvs. låg värmeledningsförmåga som motsvarar den hos glasmaterial, vid högre Sr-koncentrationer än den strukturella kvantkritiska punkten (t.ex. kiselglas). De märkte att det osammanhängande stoppade akustiska mjuka läget gör att en del av atomstrukturen förlorar periodicitet. Som ett resultat realiseras ett periodiskt Ba-arrangemang kombinerat med ett glasartat Al-O-nätverk.
Forskare är de första att upptäcka detta hybridtillstånd. Det kan skapas helt enkelt genom att blanda råvaror enhetligt och värma dem.
Docent Yui Ishii från Graduate School of Engineering vid Osaka Metropolitan University sade, "I princip kan fenomenet som avslöjas i denna forskning uppstå i material som uppvisar mjuka akustiska lägen. Att tillämpa denna teknik på olika material kommer möjligen att hjälpa oss att skapa hybridmaterial som kombinerar de fysikaliska egenskaperna hos kristaller, såsom optiska egenskaper och elektrisk konduktivitet, med den låga värmeledningsförmågan hos amorfa material. Dessutom kan den höga värmebeständigheten hos kristaller användas för att utveckla isoleringsmaterial som kan användas i tuffa miljöer, såsom yttre rymden.”
Tidskriftsreferens:
- Y. Ishii et al. Partiell nedbrytning av translationssymmetri vid en strukturell kvantkritisk punkt associerad med ett ferroelektriskt mjukt läge. Fysisk granskning B. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111
