Wetenschap
Hoe hogedruktechnieken veranderingen in kristallijne materialen kunnen veroorzaken
In een artikel gepubliceerd in Chemistry of Materials Yuejian Wang, universitair hoofddocent natuurkunde aan Oakland University, onderzocht hoe hogedruktechnieken veranderingen in bepaalde kristallijne materialen kunnen veroorzaken, vergelijkbaar met de manier waarop grafiet kan worden omgezet in diamant wanneer het wordt blootgesteld aan hoge druk en hoge temperaturen.
"Hoge druk dient als een krachtig hulpmiddel voor het ontrafelen van de mysteries die verborgen zijn in materiaal en die onontdekt blijven bij kamertemperatuur en omgevingsdruk", zei Wang. "Door de afstand tussen atomen aanzienlijk te veranderen, kan druk kristalstructuren dynamisch wijzigen, wat leidt tot diepgaande veranderingen in fysieke eigenschappen, zoals geïllustreerd door de transformatie tussen diamant en grafiet.
"Op het gebied van hogedrukmateriaalwetenschap onderwerpen we materialen aan hogedrukomstandigheden en gebruiken we vervolgens röntgentechnieken en andere hulpmiddelen om de resulterende veranderingen in de materialen waar te nemen", voegde hij eraan toe. "Net zoals röntgenstralen in medische toepassingen worden gebruikt om interne structuren van het menselijk lichaam te visualiseren, kunnen ze ook worden gebruikt om de kristalstructuren in materialen te detecteren en analyseren. Hierdoor kunnen wetenschappers inzicht krijgen in de ingewikkelde transformatie."
In het artikel getiteld "Pressure-Induced Changes in the Crystal Structure and Electrical Conductivity of GeV4 S8 ," onderzocht Wang GeV4 S8 , een lid van de Spinel-familie, door gebruik te maken van hogedruktechnieken, samen met meerdere karakteriseringsinstrumenten. Spinellen worden vaak aangetroffen in metamorfe of stollingsgesteenten en staan bekend om hun gevarieerde kleurenpalet, waaronder rode, blauwe, groene, paarse, oranje, gele en zwarte varianten.
"Onder de spinellen is GeV4 S8 heeft veel aandacht getrokken vanwege zijn unieke elektrische en magnetische eigenschappen", aldus Wang.
De resultaten van het onderzoek bieden volgens Wang significante inzichten in zowel scheikundige als natuurkundige domeinen.
"Het biedt een alomvattend en gedetailleerd inzicht in de door compressie geïnduceerde overgang van kubieke naar orthorhombische structuur, en werpt licht op de ingewikkelde mechanismen die daarbij betrokken zijn. Bovendien duikt de studie in het materiaalfysische aspect, verheldert de overgang van halfgeleider naar geleider en onderzoekt de rol van het Jahn-Teller-effect bij het besturen van deze transities."
Volgens Wang verrijken de resultaten van het onderzoek niet alleen het begrip van de mensheid over dit systeem, maar hebben ze ook het potentieel om brede belangstelling te wekken en verder onderzoek te inspireren.
"Het onderzoeken van hoe dit materiaal zich gedraagt onder gelijktijdige compressie en afkoeling zou bijvoorbeeld een buitengewoon en waardevol onderwerp kunnen zijn voor toekomstige verkenning", zei hij. "Dergelijke onderzoeken zouden kunnen leiden tot nieuwe inzichten en toepassingen op het gebied van de materiaalkunde en de fysica van de gecondenseerde materie."