Ученые обнаружили, что в Ba_1-xSr_xAl₂O₄ 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. Авторы и права: Юи Исии, Столичный университет Осаки.

Если вы когда-нибудь наблюдали, как вода превращается в лед, вы были свидетелем того, что физики называют «фазовым переходом». Ученые Осакского столичного университета обнаружили беспрецедентный фазовый переход, во время которого кристаллы приобретают аморфные характеристики, сохраняя при этом свои кристаллические свойства.

Их выводы способствуют разработке гибридных материалов для использования в суровых условиях, таких как космос. Результаты были опубликованы в журнале Physical Review B.

Типичный фазовый переход, демонстрируемый кристаллическими твердыми телами, связан 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.

В диэлектрическом соединении Ba_1-xSr_xAl₂O₄ структурный фазовый переход управляется акустической мягкой модой, характер колебаний атомов которой подобен звуковым волнам. Соединение включает тетраэдрическую сетку AlO ₄ и атомы Ba/Sr.

Исследовательская группа под руководством доцента Юи Исии из Высшей инженерной школы Университета Осаки Метрополитен обнаружила, что сильно неупорядоченное расположение атомов формируется в сетке AlO 4 при химических составах, близких к структурной квантовой критической точке, что приводит к обеим характеристикам кристаллов и аморфных материалов.

Ba_1-xSr_xAl₂O₄ представляет собой кристаллическое твердое вещество. Однако исследователи обнаружили, что при более высоких концентрациях Sr, чем структурная квантовая критическая точка, Ba_1-xSr_xAl₂O₄ проявляет тепловые характеристики аморфных материалов, т. е. низкую теплопроводность, сравнимую со стеклом (например, кремнеземом) стакана. Они заметили, что часть атомной структуры теряет периодичность из-за некогерентно остановленной акустической мягкой моды. В результате реализуется комбинация стеклообразной сетки Al-O и периодического расположения Ba.

Это гибридное состояние, которое исследовательская группа впервые обнаружила, может быть создано простым однородным смешиванием сырья и его нагреванием.

Профессор Исии заключил: «В принципе, явление, обнаруженное в этом исследовании, может происходить в материалах, обладающих акустическими мягкими модами. Применение этой техники к различным материалам, возможно, поможет нам создать гибридные материалы, сочетающие физические свойства кристаллов, такие как оптические свойства и электрические свойства, проводимость с низкой теплопроводностью аморфных материалов. Кроме того, высокая термостойкость кристаллов может быть использована для разработки изоляционных материалов, которые можно использовать в суровых условиях, таких как открытый космос».