Van sommige stoffen is bekend dat ze in verschillende structureel ongeordende vaste toestanden voorkomen, een fenomeen dat bekend staat als polyamorfisme.

Het eerste en misschien wel meest gevierde voorbeeld van polyamorf gedrag werd in 1984 in waterijs ontdekt door Mishima et al. Er werden twee verschillende vormen van amorf waterijs geïdentificeerd, bekend als amorf ijs met lage dichtheid en amorf ijs met hoge dichtheid. Later, soortgelijke verschijnselen werden ook waargenomen in andere belangrijke systemen zoals Si, SiO ₂ , en GeO ₂ .

In de fysica van de gecondenseerde materie, polyamorfisme is een zeer interessant maar slecht begrepen fenomeen.

Onlangs, een team van Chinese wetenschappers en hun medewerkers aan het Institute of Solid State Physics van de Hefei Institutes of Physical Science onderzocht polyamorfisme in de moleculaire substantie SO ₂ .

Tijdens het verkennen van faseovergang in dichte SO ₂ , ze vonden drukgeïnduceerde amorfisatie in dicht SO ₂ en een omkeerbare drukgeïnduceerde structurele transformatie tussen de moleculaire amorfe en polymere amorfe vormen van SO ₂ . Dit werk is gepubliceerd in PNAS op 4 april 2020.

DUS ₂ speelt een belangrijke rol in het scheikundig onderzoek en in de fysica van de aarde en de atmosfeer. Terwijl eigenschappen van vergelijkbare vaste moleculaire systemen zoals CO ₂ of Nee ₂ bij hoge druk zijn uitgebreid bestudeerd, meer onderzoek naar dichte SO ₂ , vooral zijn gedrag en eigenschappen, moet nog gebeuren.

In dit onderzoek, wetenschappers hebben dit eenvoudige molecuul nader bekeken door een gecombineerde experimentele en computationele inspanning die probeerde een aantal nieuwe en onverwachte fenomenen te beschrijven.

Door gebruik te maken van experimentele technieken van Raman-spectroscopie en röntgendiffractie bij hoge druk, ze hebben SO . gecomprimeerd ₂ tot 60 GPa met een diamanten aambeeldcel en verkende de faseovergangen en structuren van SO ₂ tot 60 GPa en bij temperaturen van 77-300 K.

Bij 77 K en onder 16 GPa, zwaveldioxide was kristallijn. Wanneer gecomprimeerd tot 16 GPa, het zwaveldioxide in de kristallijne fase onderging door druk geïnduceerde amorfisatie en ging de amorfe fase van de moleculaire toestand binnen. Wanneer verder gecomprimeerd tot boven 26 GPa, een faseovergang vond plaats van de moleculaire amorfe fase (twee-gecoördineerde zwavel) naar de keten polymere amorfe fase (drie-gecoördineerde zwavel).

De onderzoekers bestudeerden verschillende temperatuurpaden en ontdekten dat het faseovergangspad in dicht SO ₂ ging van de kristallijne naar de moleculaire amorfe fase en vervolgens naar de polymere amorfe fase over het gehele temperatuurbereik van 77-300 K. Ze ontdekten ook dat het faseovergangspad omkeerbaar was.

Verder, de amorfisatiedruk veranderde met de temperatuur, variërend van 10-16 GPa over het temperatuurbereik van 77-300 K.

Om hun waarnemingen te testen, het team gebruikte moleculaire dynamica-simulaties en hetzelfde fenomeen werd ook waargenomen. Vooral, de hogedruk polymere amorfe vorm bleek voornamelijk te bestaan ​​uit ongeordende polymere ketens gemaakt van drie gecoördineerde zwavelatomen verbonden via zuurstofatomen, en weinig overgebleven intacte moleculen.

De amorfe moleculaire naar amorfe polymere overgang die in dit onderzoek is geïdentificeerd, kan ook wijzen op het mogelijke bestaan ​​van een vergelijkbare overgang in de vloeibare toestand.