De materiaalwetenschap onder hoge druk heeft de laatste decennia een hoge vlucht genomen, met vooruitgang in voorheen moeilijke experimentele technieken en van technologieën zoals diamanten aambeelden, die materiaalmonsters tussen twee diamanten persen met een druk die miljoenen keren groter is dan die aan het aardoppervlak.

Het veld gebruikt deze extreme omstandigheden die het diepe binnenste van planeten weerspiegelen om nieuwe materialen te ontdekken, om de eigenschappen van bekende materialen op potentieel bruikbare en zelfs exotische manieren te wijzigen, en om hun concepten over hoe materialen werken te testen of om te simuleren hoe het is in de aarde.

In de tussentijd, perovskiet is zowel het meest voorkomende mineraal in de aardmantel (samengesteld uit calciumtitanaat, CaTiO ₃ ) en de naam van elk materiaal dat hetzelfde heeft, speciale kristalstructuur als dit mineraal. Perovskietstructuren zijn van groot belang voor materiaalwetenschappers vanwege meerdere interessante eigenschappen die belangrijk zijn in een reeks micro-elektronica, telecommunicatie en toepassingen voor schone energie.

Met behulp van geavanceerde hogedruktechnieken, Professor Changqing Jin, die het onderzoeksteam van The Institute of Physics leidt, Chinese Wetenschapsacademie, ook adjunct aan de Universiteit van de Chinese Academie van Wetenschappen (UCAS) fabriceert al geruime tijd veel nieuwe materialen met perovskietstructuren en nieuwe functionaliteit. Onlangs heeft zijn laboratorium een ​​nieuw type perovskietverbinding gesynthetiseerd, genaamd de "dubbele perovskieten, " die tweemaal de "eenheidscel heeft, " of kleinst mogelijke bouwsteen van een kristal, van gewone perovskieten.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift Angewandte Chemie .

De studie beschrijft hoe de onderzoekers hun laatste dubbele perovskiet blootlegden, samengesteld uit yttrium, kobalt, iridium- en zuurstofatomen (Y ₂ CoIrO ₆ ), verschillende niveaus van extreme druk, en wat er gebeurde toen ze dat deden.

Voor de meeste materialen, een toename van de druk zorgt voor een toename van het aantal atomen dat zich onmiddellijk rond een centraal atoom in een kristal kan verzamelen (het coördinatiegetal genoemd).

Maar de nieuwe dubbele perovskiet, Y ₂ CoIrO ₆ , hield zich niet aan de traditionele theorieën dat de orde van de kristalstructuur de neiging heeft toe te nemen met de toename van de druk.

In plaats daarvan, wanneer gesynthetiseerd bij omgevingsdruk, Y ₂ CoIrO ₆ is zeer geordend, maar verrassend genoeg wanneer gesynthetiseerd op 6 gigapascal (GPa, of ongeveer 60, 000 keer standaard atmosferische druk), terwijl de eenheidscel kleiner werd, nu was er slechts een gedeeltelijke bestelling.

Toen bij 15 GPa, de onderzoekers vonden wanorde. Toenemende druk had de normale volgorde van volgorde omgedraaid die de onderzoekers verwachtten. In aanvulling, de magnetische eigenschappen van het materiaal veranderd

"Nieuwsgierig, 15 GPa is ook de druk die je vindt op het grensgebied tussen de bovenste en onderste mantel diep in de aarde, " zei Zheng Deng, een ander lid van het team. "Dit is precies waar veel perovskietmaterialen worden gevormd."

Door meer inzicht te krijgen in deze onverwachte drukafhankelijke overgang van orde en stoornis kunnen wetenschappers de eigenschappen van mineralen die de mantel en het diepere binnenste van onze planeet vormen beter begrijpen

"Dit druist in tegen onze intuïtie over chemie bij hoge druk, "Vervolgde Deng. "Het betekent dat we de effecten van druk in de vastestofwetenschappen volledig zullen moeten heroverwegen"

De ontdekking zou het ontwerp en de synthese van bruikbare nieuwe materialen bij hoge druk mogelijk maken met eigenschappen die anders moeilijk te bereiken zouden zijn onder normale omstandigheden.