Nếu bạn đã từng quan sát nước đóng băng thành băng, thì bạn đã chứng kiến cái mà các nhà vật lý gọi là “sự chuyển pha”.
Các nhà khoa học của Đại học Osaka Metropolitan đã phát hiện ra một quá trình chuyển pha chưa từng có trong đó các tinh thể đạt được các đặc tính vô định hình trong khi vẫn giữ được các đặc tính kết tinh của chúng.
>> Tham khảo: Chip máy tính nhanh hơn và hiệu quả hơn nhờ germanium.
Phát hiện của họ góp phần phát triển các vật liệu lai để sử dụng trong môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như ngoài vũ trụ. Kết quả được công bố trên tạp chí Physical Review B.
Một quá trình chuyển pha điển hình được thể hiện bởi chất rắn kết tinh 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.
>> Tham khảo: Sự phát triển của vật liệu tinh thể bao gồm các cụm vàng kích thước nanomet.
Trong hợp chất điện môi Ba1-xSrxAl2O4, quá trình chuyển pha cấu trúc được thúc đẩy bởi một chế độ mềm âm học, kiểu dao động nguyên tử tương tự như kiểu dao động của sóng âm.
Hợp chất bao gồm mạng lưới tứ diện AlO4 và các nguyên tử Ba/Sr. Nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Yui Ishii từ Trường Cao học Kỹ thuật tại Đại học Osaka Metropolitan dẫn đầu đã phát hiện ra rằng sự sắp xếp nguyên tử rất mất trật tự được hình thành trong mạng AlO4 ở các thành phần hóa học gần điểm tới hạn lượng tử cấu trúc, dẫn đến cả hai đặc điểm của tinh thể và vật liệu vô định hình.
Ba1-xSrxAl2O4 là chất rắn kết tinh. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng ở nồng độ Sr cao hơn điểm tới hạn lượng tử cấu trúc, Ba1-xSrxAl2O4 thể hiện đặc tính nhiệt của vật liệu vô định hình, nghĩa là độ dẫn nhiệt thấp so với độ dẫn nhiệt của vật liệu thủy tinh (ví dụ: thủy tinh silica).
>> Tham khảo: Công nghệ mới tạo ra hóa chất trung tính carbon từ không khí.
Họ quan sát thấy rằng một phần của cấu trúc nguyên tử mất đi tính tuần hoàn do chế độ mềm âm dừng không mạch lạc. Kết quả là, sự kết hợp của mạng Al-O thủy tinh và sự sắp xếp Ba định kỳ được thực hiện.
Trạng thái hỗn hợp này, mà nhóm nghiên cứu là những người đầu tiên phát hiện ra, có thể được tạo ra đơn giản bằng cách trộn đều các nguyên liệu thô và nung nóng chúng.
Giáo sư Ishii kết luận: “Về nguyên tắc, hiện tượng được tiết lộ trong nghiên cứu này có thể xảy ra trong các vật liệu thể hiện chế độ mềm âm thanh.
Áp dụng kỹ thuật này cho các vật liệu khác nhau có thể sẽ giúp chúng tôi tạo ra các vật liệu lai kết hợp các tính chất vật lý của tinh thể, chẳng hạn như tính chất quang học và điện độ dẫn nhiệt, với độ dẫn nhiệt thấp của vật liệu vô định hình.
>> Tham khảo: Các nhà khoa học chế tạo vi khuẩn để đối phó trong môi trường đầy thách thức.
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.”
