• Главная
  • Наука
  • Космос
  • Физики открыли принципиально новое состояние вещества при сверхвысоких давлениях


Физики открыли принципиально новое состояние вещества при сверхвысоких давлениях

Двойной стандарт/ Как пустить ток по ржавому проводу:

Научный коллектив физиков из НИТУ «МИСиС»и УрО РАН (Россия), Университета Тель-Авива (Израиль), Университета Байройта (Германия) и Линчёпинского университета (Швеция) открыли совершенно новое объяснение одного из общепринятых физических постулатов – фазового перехода диэлектрик-металл, описанного в 1949 г сэром Hевиллом Френсисом Моттом. Новые и неожиданные свойства материалов, открытые в исследовании, будут востребованы в микроэлектронике и геофизике в качестве катализаторов и сенсоров; результаты опубликованы в престижном международном журнале Physical Review X.

Классик современной физики сэр Невилл Мотт впервые описал, как происходит превращение материала из диэлектрика в проводник, и получил за это Нобелевскую премию в 1977 г. С тех пор схема считалась классической и была обязательной для изучения всеми физиками. Однако совсем недавно упомянутая группа ученых открыла абсолютно иную схему фазового перехода – названную ими пространственно-селективным переходом Мотта.

Коллектив работал с материалом-изолятором, гематитом или оксидом железа Fe2O3 (грубо говоря, это ржавчина, которая совершенно не проводит электрический ток), поместив его в алмазную наковальню и сжимая при сверхдавлениях до 100 ГПа. (до 1 млн атмосфер). При таких экстремальных внешних условиях гематит-изолятор становится проводником, происходит фазовый переход.

Гематит является одним из «классических» примеров диэлектрика Мотта. Описание физических свойства данного соединения представляет большой фундаментальный интерес как для понимания физики различных магнитно-структурных превращений вблизи металлизации системы под давлением (в магнитных/электрических полях, при легировании и т.д.), так и для геологии (геохимии и геофизики), т.к. Fe2O3 является одним из самых распространенных соединений недр Земли.

Главная неожиданность результата исследования заключается в том, что в одном кристалле Fe2O3 при сверхдавлениях возникает одновременно ДВЕ атомно-кристаллические подрешетки. При этом материал в одно и то же время обладает признаками металла (проводника) и диэлектрика. происходит сложное магнитно-структурное превращение, приводящее к формированию двух подрешеток железа с принципиально разными свойствами --

«Если кратко, в рамках исследования (теория и эксперимент) свойств соединения Fe2O3 под давлением нами было предложено совершенно новое объяснение фазового перехода диэлектрик-металл Мотта, – рассказал соавтор исследования, научный сотрудник НИТУ «МИСиС» д.ф-м.н Иван Леонов - С фундаментальной точки зрения мы описали новый класс фазовых переходов в соединениях с сильными корреляциями (это большой класс материалов, широко исследуемый в данный момент; к данному классу относятся высокотемпературные сверхпроводники на основе меди или железа, соединения с колоссальным магнетосопротивлением, сегнетоэлектрики, магнетики и т.д.); фактически было описано новое состояние вещества, характеризующееся как свойствами металла, так и диэлектрика».

Физики открыли принципиально новое состояние вещества при сверхвысоких давлениях

Рис.1 В обычном состоянии изолятора гематит имеет призматическую решетку, при давлении 50 ГПа он становится проводником, при этом наблюдаются две подрешетки железа, содержащие октаэдры и призмы.

Результаты исследования имеют важное значение для понимания физических процессов в нижней мантии Земли, помимо этого, описанные свойства нового состояния вещества безусловно будут интересны в микроэлектронике, а также для создания инновационных датчиков или переключателей в авиастроении, в космической и автомобильной промышленностях.

Физики открыли принципиально новое состояние вещества при сверхвысоких давлениях
Рис. 2 Внутренняя структура Земли.


Следующее: В 3500-летней египетской гробнице обнаружили отлично сохранившиеся мумии

Предыдущее: В 3500-летней египетской гробнице обнаружили отлично сохранившиеся мумии



Поделиться!