Chất rắn kết tinh thể hiện sự chuyển pha điển hình liên quan đến sự thay đổi cấu trúc tinh thể. Sự chuyển pha cấu trúc như vậy thường xảy ra ở nhiệt độ hữu hạn. Tuy nhiên, việc kiểm soát thành phần hóa học của tinh thể có thể làm giảm nhiệt độ chuyển tiếp xuống độ không tuyệt đối (−273°C). Điểm chuyển tiếp ở độ không tuyệt đối được gọi là điểm tới hạn lượng tử cấu trúc.
Các nhà khoa học từ Đại học thủ đô Osaka đã phát hiện ra một quá trình chuyển pha trước đây chưa được công nhận, trong đó các tinh thể thu được các đặc tính vô định hình trong khi vẫn giữ các đặc tính kết tinh của chúng. Nghiên cứu của họ giúp tạo ra các vật liệu lai được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt như không gian.
Sự thay đổi pha cấu trúc trong hợp chất điện môi Ba1-xSrxAl2O4 được điều khiển bởi chế độ âm mềm, có kiểu dao động nguyên tử giống như sóng âm. Các nguyên tử Ba/Sr và mạng tứ diện AlO4 tạo nên phân tử.
Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng sự sắp xếp nguyên tử có độ rối loạn cao được hình thành trong mạng AlO4 ở các thành phần hóa học gần điểm tới hạn lượng tử cấu trúc, dẫn đến các đặc tính của cả vật liệu kết tinh và vô định hình.
Ba1-xSrxAl2O4 là chất rắn kết tinh. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng Ba1-xSrxAl2O4 thể hiện đặc tính nhiệt của vật liệu vô định hình, nghĩa là độ dẫn nhiệt thấp tương đương với vật liệu thủy tinh, ở nồng độ Sr lớn hơn điểm tới hạn lượng tử cấu trúc (ví dụ: thủy tinh silica). Họ nhận thấy rằng chế độ mềm âm thanh dừng không mạch lạc khiến một phần cấu trúc nguyên tử mất đi tính tuần hoàn. Kết quả là, sự sắp xếp Ba định kỳ kết hợp với mạng Al-O thủy tinh được thực hiện.
Các nhà khoa học là những người đầu tiên phát hiện ra trạng thái lai này. Nó có thể được tạo ra đơn giản bằng cách trộn đều các nguyên liệu thô và đun nóng chúng.
Phó Giáo sư Yui Ishii từ Trường Cao học Kỹ thuật tại Đại học Osaka Metropolitan nói, “Về nguyên tắc, hiện tượng được tiết lộ trong nghiên cứu này có thể xảy ra trong các vật liệu thể hiện chế độ âm mềm. Áp dụng kỹ thuật này cho các vật liệu khác nhau có thể sẽ giúp chúng ta tạo ra các vật liệu lai kết hợp các tính chất vật lý của tinh thể, chẳng hạn như tính chất quang học và tinh dân điện, với độ dẫn nhiệt thấp của vật liệu vô định hình. Ngoài ra, khả năng chịu nhiệt cao của tinh thể có thể được sử dụng để phát triển vật liệu cách nhiệt có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như ngoài vũ trụ.”
Tạp chí tham khảo:
- Y. Ishii và cộng sự. Sự phá vỡ một phần đối xứng dịch mã tại điểm tới hạn lượng tử cấu trúc liên quan đến chế độ mềm sắt điện. Đánh giá vật lý B. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111
