Een team van wetenschappers van de Waseda University in Tokyo en Rigaku Corporation heeft een nieuw type organische kristalstructurele faseovergang ontdekt, de foto-getriggerde faseovergang. Hideko Koshima, een gasthoogleraar bij Waseda's Research Organization for Nano &Life Innovation en hoofdauteur van de studie, zegt, "Faseovergangsmechanismen worden veel gebruikt in het geheugen, schakelaar, en bedieningsmaterialen, en we zijn van mening dat deze ontdekking van een nieuwe faseovergang potentieel heeft voor zowel de basiswetenschap als de toepassingsvelden."

Hun studie werd gepubliceerd in Communicatiechemie op 20 februari, 2019.

Geïnduceerd door externe prikkels zoals temperatuur, druk, elektromagnetische velden en licht, een structurele faseovergang is een fenomeen dat de fysieke eigenschappen en functies van vastestofmaterialen verandert. Bijvoorbeeld, vormgeheugen legeringen, die toepassingen hebben in robotica en in de automobielindustrie, lucht- en ruimtevaart en biomedische industrie, herstellen hun vorm bij verhitting als gevolg van martensitische overgangen. In recente jaren, organische kristallen worden beschouwd als kandidaten als materialen voor actuatoren van de volgende generatie vanwege hun zachtheid en lichtgewicht.

Voorafgaand aan deze studie, het team meldde een mechanisch kristal dat buigt bij blootstelling aan licht, evenals een robotkristal dat 'loopt en rolt' bij verwarming en koeling. De activering van deze kristallen kan respectievelijk worden verklaard door een fotochrome reactie, bekend als foto-isomerisatie, en structurele faseovergang. Om de bewegingen van dergelijke kristallen te diversifiëren, wetenschappers hebben gezocht naar organische kristallen die beide fenomenen vertonen.

Het vinden van dergelijke kristallen is geen gemakkelijke taak, vallen en opstaan ​​vereist. Echter, toen het team het fotochrome chirale salicylideenaminekristal bestudeerde, niet alleen ontdekten ze dat het beide verschijnselen vertoont, maar ontdekte ook de nieuwe structurele faseovergang. "We stuitten per ongeluk op de foto-getriggerde faseovergang van het fotochrome chirale salicylideenaminekristal, die een thermische faseovergang vertoont die omkeerbaar is bij verwarming en koeling, " legt professor Koshima uit. "Wanneer dit kristal wordt bestraald met ultraviolet licht bij -50 graden C, een temperatuur lager dan de thermische overgangstemperatuur (40 ° C), we vonden uit een röntgenkristallografische analyse dat het kristal een transformatie ondergaat die identiek is aan die van een thermische faseovergang."

Het team ontdekte ook dat de foto-getriggerde faseovergang optreedt vanwege de spanning van moleculen geproduceerd door foto-isomerisatie, en Koshima voegt eraan toe dat de foto-getriggerde faseovergang verschilt van een foto-geïnduceerde faseovergang, die in andere publicaties is verschenen. "De kristalfase als gevolg van de foto-geïnduceerde faseovergang verschijnt alleen door bestraling met licht, die de elektrische en/of magnetische eigenschappen van de kristallen binnen femto- of picoseconden verandert. In de foto-getriggerde faseovergang, de kristalfase geactiveerd door licht is identiek aan die via thermische faseovergang, veroorzaakt door verwarming, maar uniek met betrekking tot zijn moleculaire conformatie, " ze zegt.

Omdat de foto-getriggerde faseovergang wordt geïnduceerd door bestraling met licht en geen verwarming en koeling nodig heeft om de structurele faseovergang te laten plaatsvinden, de bevindingen van het team kunnen 'leiden tot een nieuwe strategie om de toepasbaarheid van fotogevoelige vaste stoffen te verbreden' en bijdragen aan onderzoek en ontwikkeling van detectie van de volgende generatie, schakelen, geheugen, en actuatoren die bediening op afstand en/of lokale bediening door licht mogelijk maken.

Het team is nu van plan om de omvang van de kristalspanning, veroorzaakt door foto-isomerisatie, te meten en kwantitatief te evalueren. systematisch onderzoeken of de foto-getriggerde faseovergang optreedt in andere kristallen met behulp van materiaalinformatica, en de voorwaarden ervan verduidelijken.