Если вы когда-либо наблюдали, как вода замерзает, превращаясь в лед, вы были свидетелями того, что физики называют "фазовым переходом". Ученые столичного университета Осаки обнаружили беспрецедентный фазовый переход, во время которого кристаллы приобретают аморфные характеристики, сохраняя при этом свои кристаллические свойства. Их результаты способствуют разработке гибридных материалов для использования в суровых условиях, таких как космическое пространство. Результаты были опубликованы в Физический осмотр B.
Типичный фазовый переход, проявляемый кристаллическими твердыми телами, включает изменение кристаллической структуры. Такие структурные фазовые переходы обычно происходят при конечных температурах. Однако, контролируя химический состав кристалла, можно снизить температуру перехода до абсолютного нуля (-273°C). Точка перехода при абсолютном нуле называется структурной квантовой критической точкой.
В диэлектрическом соединении Ba1-xСт.xAl2O4, структурный фазовый переход обусловлен акустическим мягким режимом, характер колебаний атомов которого аналогичен характеру колебаний звуковых волн. Соединение содержит AlO4 тетраэдрическая сеть и атомы Ba/Sr. Исследовательская группа, возглавляемая доцентом Юи Исии из Высшей инженерной школы Столичного университета Осаки, обнаружила, что в AlO образуется сильно неупорядоченное расположение атомов4 сеть на химических составах вблизи структурной квантовой критической точки, что приводит как к характеристикам кристаллических, так и аморфных материалов.
Ба1-xСт.xAl2O4 представляет собой кристаллическое твердое вещество. Однако исследователи обнаружили, что при более высоких концентрациях Sr, чем структурная квантовая критическая точка, Ba1-xСт.xAl2O4обладает тепловыми характеристиками аморфных материалов, т.е. низкой теплопроводностью, сравнимой с теплопроводностью стеклянных материалов (например, кварцевого стекла). Они заметили, что часть атомной структуры теряет периодичность из-за некогерентно остановленного акустического мягкого режима. В результате реализуется комбинация стекловидной сетки Al-O и периодического расположения Ba.
Это гибридное состояние, которое исследовательская группа обнаружила первой, может быть создано простым равномерным смешиванием сырья и его нагреванием.
Профессор Исии заключил: "В принципе, явление, выявленное в этом исследовании, может происходить в материалах, проявляющих акустические мягкие моды. Применение этой техники к различным материалам, возможно, поможет нам создать гибридные материалы, которые сочетают физические свойства кристаллов, такие как оптические свойства и электропроводность, с низкой теплопроводностью аморфных материалов. Кроме того, высокая термостойкость кристаллов может быть использована для разработки изоляционных материалов, которые могут использоваться в суровых условиях, таких как открытый космос".
Комментарии