Een team van natuurkundigen onder leiding van de Nagoya University gebruikt een röntgenbron voor synchrotronstraling om een ​​zogenaamde "structuurloze" overgang te onderzoeken en een nieuw begrip van moleculaire geleiders te ontwikkelen.

Normaal gesproken associëren we geleiding van elektriciteit met metalen. Echter, sommige van de hoge gemeten geleidbaarheden worden gevonden in bepaalde organische moleculaire kristallen. Metalen, in deze materialen kunnen halfgeleidende en zelfs supergeleidende eigenschappen worden bereikt, die wetenschappers al tientallen jaren interesseren. Veranderende temperatuur of druk veroorzaakt faseovergangen in de kristalstructuur van moleculaire geleiders en hun gerelateerde geleidingseigenschappen. Wetenschappers kunnen de kristalstructuur meestal bepalen met behulp van röntgendiffractie. Echter, structurele verandering die gepaard gaat met faseovergang in een bepaald organisch kristal (TMTTF)2PF6 heeft het onderzoek bijna 40 jaar getrotseerd.

Nutsvoorzieningen, een onderzoeksteam van de Universiteit van Nagoya heeft eindelijk de mysterieuze structurele veranderingen van deze faseovergang en het bijbehorende elektronische gedrag verklaard.

"Onderzoekers hebben zich afgevraagd of het TMTTF-zout (tetramethyltetrathiafulvaleen) een ladingsdisproportioneringsovergang vertoont bij 67 Kelvin, maar geen relevante veranderingen in de kristalstructuur. Deze overgang is een al lang bestaand mysterie dat bekend staat als een 'structuurloze overgang', ", legt hoofdauteur Shunsuk Kitou uit.

TMTTF is een organische donor die ook in sommige organische supergeleiders wordt aangetroffen. Net boven de temperatuur dat vloeibare stikstof bevriest, dit organische kristal gedraagt ​​zich als een isolator. Maar als de temperatuur wordt verlaagd, ondergaat het elektronische en magnetische veranderingen.

Tot nu toe waren deze structurele veranderingen te klein om direct te meten. Met behulp van de röntgenbron op SPring8, in Hyogo-Japan, het team kon de kristalstructuur in elke fase nauwkeurig bepalen. De structuurloze overgang omvat de vorming van een tweedimensionaal Wigner-kristal, gebaseerd op een verandering in het distributiepatroon van elektronen in de structuur.

"We hebben de subtiele structurele veranderingen tijdens deze overgang nauwkeurig gekarakteriseerd en hebben uiteindelijk een volledige fysieke verklaring gegeven voor de schijnbare onveranderlijke structuur van deze organische geleider, ", zegt groepsleider Hiroshi Sawa. "Nauwkeurige kristallografische gegevens ontbreken nog voor veel organische geleiders en we hopen dat onze bevindingen andere groepen zullen inspireren om deze systemen nader te bekijken. Een beter begrip van hun complexe gedrag zou de weg kunnen banen naar een reeks nieuwe functionele elektronische materialen."