Nieuw werk van een team, waaronder Carnegie's Guoyin Shen en Yoshio Kono, gebruikten hoge druk en temperatuur om een ​​soort "structureel geheugen" te onthullen in monsters van het metalen bismut, een ontdekking met een groot elektrotechnisch potentieel.

Bismut is een historisch interessant element voor wetenschappers, aangezien een aantal belangrijke ontdekkingen in de wereld van de metaalfysica werden gedaan tijdens het bestuderen ervan, inclusief belangrijke observaties over het effect van magnetische velden op elektrische geleidbaarheid.

Bismut kent een aantal fasen. Een chemische fase is een onderscheidende configuratie van de moleculen waaruit een stof bestaat. Water dat in ijs bevriest of in stoom kookt, zijn voorbeelden van hoe veranderingen in externe omstandigheden een overgang van de ene fase naar de andere kunnen veroorzaken. Maar voor natuurkundigen en materiaalwetenschappers, toepassing van extreme drukken en temperaturen kan een grote verscheidenheid aan andere fasen teweegbrengen. Bijvoorbeeld, onder toenemende druk en temperatuur ondergaat bismut een reeks faseovergangen, waaronder acht verschillende soorten vaste fasen die tot nu toe zijn waargenomen.

In eerdere studies van bismut, drukgeïnduceerde structurele veranderingen werden niet behouden wanneer de druk werd verlaagd. Echter, het onderzoeksteam, waaronder hoofdauteur Yu Shu en collega's Dongli Yu, Wenta Hu, Bo Xu, Julong Hij, en Zhongyuan Liu van de Yanshan Universiteit, en Yanbin Wang van de Universiteit van Chicago - gebruikten een pad van opeenvolgende druk- en temperatuuromstandigheden om een ​​vorm van bismut te creëren met een 'structureel geheugen' van een vorige fase.

Wanneer bismut in vloeibare toestand wordt gebracht onder de 14, 000 en 24, 000 keer de normale atmosferische druk (1,4 tot 2,4 gigapascal) en bij ongeveer 1, 800 graden Fahrenheit (1, 250 Kelvin), en wordt dan langzaam teruggekoeld tot een vaste toestand, de vaste stof "herinnert" zich enkele van de structurele motieven van zijn vloeibare voorganger.

"De vloeistof onder hoge druk wordt meer structureel ontregeld wanneer de warmte wordt toegepast, het aannemen van wat we een 'diepe vloeibare' toestand noemen, waarvan bepaalde structurele kenmerken behouden blijven, zelfs wanneer het bismut weer wordt afgekoeld tot vast, " legde Shen uit. "Dit is de eerste keer dat een dergelijk effect is gezien in een elementair metaal."

Fascinerend, dit "geheugen" is gecorreleerd met een verschuiving van afgestoten worden door een magnetisch veld naar aangetrokken worden door een magnetisch veld. Het team gelooft dat het mogelijk zal zijn om een ​​vergelijkbare verschuiving in fysieke eigenschappen teweeg te brengen in andere, vergelijkbaar, elementen, inclusief cerium, antimoon, plutonium, en anderen.