Charge bestellen in gemengde valentie verbindingen, die gewoonlijk positief geladen kationen bevatten in meer dan één formele ladingstoestand, is van cruciaal belang voor de materiaalkunde. Veel functionele eigenschappen van materialen zoals magnetisme, magnetoweerstand, ionische geleidbaarheid en supergeleiding worden gevonden in gemengde valentieverbindingen.

Een van de allereerste pogingen om het mechanisme van een overgang van het bestellen van lading te begrijpen dateert van 1939 toen Evert Verwey, een Nederlandse scheikundige, een plotselinge sprong in soortelijke weerstand waargenomen in de prototypische gemengde valentieverbinding magnetiet, Fe ₃ O ₄ , in de buurt van -150°C. Hij stelde voor dat in de bijna metalen toestand van Fe ₃ O ₄ bij temperaturen hoger dan -150 °C, bepaalde ijzeratomen zijn niet te onderscheiden in het kristalrooster vanwege een volledige delokalisatie van ladingen. Echter, onder deze temperatuur werd een halfgeleidende toestand tot stand gebracht met een complex ordeningspatroon van ladingen over de beschikbare ijzerplaatsen. In het algemeen, een overgang van een ladingsgestoorde naar een ladingsgeordende toestand die gepaard gaat met een sprong in elektrische weerstand wordt tegenwoordig Verwey-overgang genoemd.

In het journaal wetenschappelijke vooruitgang nu rapporteert een onderzoeksteam van wetenschappers uit Duitsland en Slovenië een overgang van het Verwey-type in een geheel andere klasse van gemengde valentieverbindingen die is samengesteld uit negatief geladen dizuurstofmoleculen. De cesiumverbinding Cs ₄ O ₆ ondergaat een faseovergang van een toestand met niet te onderscheiden moleculaire O ₂ x- entiteiten naar een toestand met goed gedefinieerde enkelvoudig geladen superoxide O2- en dubbel geladen peroxide O ₂₂ - anionen, wat gepaard gaat met een overeenkomstige verandering in de dynamiek van het ladingstransport. Deze resultaten zouden nieuw licht werpen op het mechanisme van het Verwey-type ladingsordeningsverschijnselen.

"De overgang van het Verwey-type in het cesiumoxide Cs ₄ O ₆ is conceptueel eenvoudiger dan de originele in Fe ₃ O ₄ " zegt Peter Adler, de eerste auteur van de studie. Terwijl in Fe ₃ O ₄ de laadvolgordestatus is complex en het is moeilijk om individuele laadtoestanden te identificeren de situatie is eenduidiger in Cs ₄ O ₆ aangezien de moleculaire entiteiten in de geordende ladingstoestand de typische structurele en magnetische kenmerken van de samenstellende paramagnetische superoxide- en diamagnetische peroxide-eenheden onthullen. De auteurs hebben de eigenschappen van Cs . vastgesteld ₄ O ₆ door gebruik te maken van verschillende experimentele technieken, namelijk neutronendiffractie voor de studie van de kristalstructuur en verschillende spectroscopische technieken voor het verifiëren van een ladingslokalisatie-overgang die een typisch kenmerk is voor ladingsordeningsprocessen van het Verwey-type. In tegenstelling tot Fe ₃ O ₄ de huidige verbinding Cs ₄ O ₆ blijft magnetisch ongeordend tot een temperatuur van -271°C, dat is slechts twee graden boven het absolute nulpunt en is veel minder geleidend dan Fe ₃ O ₄ . De moleculaire aard van de basisbouweenheden en de bijzondere kenmerken van Cs ₄ O ₆ gunstig zou moeten zijn voor het ontwarren van het complexe samenspel van de lading, draaien, en roosterbijdragen aan ladingsordeningsverschijnselen van het Verwey-type. De vervlechting van de verschillende vrijheidsgraden kan in de toekomst zelfs gebruikt worden om nieuwe materiaalfunctionaliteiten te sturen via de Verwey-transitie.

Hedendaagse voorbeelden van functionele materiaaleigenschappen met betrekking tot gemengde valentie zijn supergeleiding bij hoge temperatuur in op koperoxide gebaseerde supergeleiders waarbij de supergeleidende toestand concurreert met een magnetische en ladingsordetoestand of zeer grote ("kolossale") magnetoweerstandseffecten in bepaalde mangaanoxiden die optreden in de buurt van een overgang van een gedelokaliseerde naar een meer gelokaliseerde toestand met gemengde valentie. Overeenkomstig, het ontrafelen van het mechanisme van ladingsordeningsprocessen in verbindingen met gemengde valentie is een belangrijk onderwerp in de materiaalkunde. De doorbraak van de huidige studie is de waarneming van een dergelijke ladingsordening in een relatief eenvoudige kristalstructuur waar naar verwachting nieuwe fysische verschijnselen zullen ontstaan ​​door de verstrengeling van vrijheidsgraden die relevant zijn voor de goed gedefinieerde elektronisch actieve zuurstofmoleculaire eenheden.