Wanneer temperatuur of druk op een materiaal wordt uitgeoefend, verandert de toestand ervan van vloeibaar in vast of blijft vast, maar vertoont structurele veranderingen. Deze verandering wordt een faseovergang of verandering genoemd.

Glas is een ongekristalliseerde vaste stof. Wanneer een vloeistof snel wordt afgekoeld, wordt deze een onderkoelde vloeistof door kristallisatie boven het vriespunt te vermijden en gaat deze bij verdere afkoeling over naar een harde glasachtige toestand.

De atomaire opstelling binnen het glas is blijkbaar wanordelijk; de opstelling vertoont echter verschillende regelmatigheden die nauw verband houden met de fysische en chemische eigenschappen van glas. Bovendien zijn glaseigenschappen cruciaal in faseveranderingsmaterialen die worden gebruikt als opnamefilms voor het vervaardigen van niet-vluchtig geheugen en optische schijven, zoals Blu-ray-schijven, waarbij glaseigenschappen van cruciaal belang zijn voor de prestaties van apparaten.

Deze materialen vertonen aanzienlijke veranderingen in hun glaseigenschappen (faseovergang) bij variaties in temperatuur en druk; de onderliggende veranderingen in de atomaire rangschikking zijn echter nog niet opgehelderd.

Een onderzoeksgroep onder leiding van de Universiteit van Tsukuba combineerde hogedrukdiffractie-experimenten met behulp van synchrotronstraling met hoge helderheid en numerieke simulaties waarbij gebruik werd gemaakt van machinaal leren om veranderingen in de atomaire rangschikking van faseveranderingsmaterialen (glazen) als functie van de druk te onderzoeken. . Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .

Onderzoekers hebben ontdekt dat de reguliere atoomrangschikking, genaamd "Peierls-achtige vervorming", waargenomen onder atmosferische druk, wordt onderdrukt bij toenemende druk. Bovendien ontdekten ze dat de volumetrische modulus van de glaselasticiteit dienovereenkomstig toeneemt (dat wil zeggen dat het volume van glas niet gemakkelijk verandert onder druk).

Het mechanisme dat ten grondslag ligt aan een dergelijke faseovergang in glas is in wezen hetzelfde als dat waargenomen in een onderkoelde vloeistof. Het gedrag van faseveranderingsmaterialen wanneer ze fungeren als onderkoelde vloeistoffen speelt een belangrijke rol in de schrijfsnelheid en het gegevensbehoud van optische schijven.

Deze resultaten tonen aan dat de Peierls-achtige spanning een essentieel structureel kenmerk is dat de kenmerken van faseveranderingsmaterialen bepaalt. Deze resultaten kunnen een basis vormen voor de ontwikkeling van nieuwe materialen voor geavanceerd faseveranderingsgeheugen en andere toepassingen.

Meer informatie: Tomoki Fujita et al., Door druk geïnduceerde omkering van Peierls-achtige vervormingen lokt de polyamorfe overgang uit in GeTe en GeSe, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43457-y

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Universiteit van Tsukuba