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发现用于开发混合材料的新量子相

表现出典型相变的结晶固体涉及晶体结构的变化。这种结构相变通常发生在有限的温度下。然而,控制晶体的化学成分可以将转变温度降低至绝对零(-273°C)。绝对零处的转变点称为结构量子临界点。

科学家从 大阪都立大学 发现了一种以前未被认识的相变,在这种相变中,晶体获得非晶态特性,同时保持其晶态特性。他们的研究有助于创造用于太空等恶劣环境的混合材料。

介电化合物 Ba1-xSrxAl2O4 中的结构相变是由软声模式驱动的,其原子振动模式类似于 声波。 Ba/Sr 原子和 AlO4 四面体网络构成了该分子。

科学家发现,AlO4网络中化学成分接近结构量子临界点时会形成高度无序的原子排列,从而产生晶体和非晶材料的特性。

Ba1-xSrxAl2O4 是结晶固体。然而,科学家们发现Ba1-xSrxAl2O4在高于结构量子临界点(例如石英玻璃)的Sr浓度下表现出非晶材料的热特性,即与玻璃材料相当的低导热率。他们注意到,非相干停止的声学软模式导致原子结构的一部分失去周期性。结果,实现了周期性Ba排列与玻璃态Al-O网络的结合。

科学家是第一个发现这种混合状态的人。只需将原材料均匀混合并加热即可制成。

大阪都立大学研究生院工学研究科石井唯副教授 说过“原则上,这项研究揭示的现象可能发生在表现出软声模式的材料中。将这种技术应用于各种材料可能会帮助我们创建结合晶体物理特性的混合材料,例如光学特性和 电导率,具有非晶材料的低导热率。此外,晶体的高耐热性可用于开发可用于恶劣环境(例如外太空)的绝缘材料。”

杂志参考:

  1. Y.石井等人。与铁电软模式相关的结构量子临界点处平移对称性的部分破坏。 体检B。 DOI: 10.1103/PhysRevB.106.134111

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