Upphovsman:CC0 Public Domain
Vissa ämnen är kända för att existera i flera olika strukturellt störda fasta tillstånd, ett fenomen som kallas polyamorfism.
Det första och kanske mest berömda exemplet på polyamorf beteende upptäcktes i vattenis 1984 av Mishima et al. Två olika former av amorf vattenis identifierades, känd som amorfa lågdensitets- och högdensitetsamorfa isar. Senare, liknande fenomen observerades också i andra viktiga system som Si, SiO 2 , och GeO 2 .
I fysik av kondenserad materia, polyamorfism är ett mycket intressant men dåligt förstått fenomen.
Nyligen, ett team av kinesiska forskare och deras medarbetare vid Institute of Solid State Physics vid Hefei Institutes of Physical Science undersökte polyamorfism i det molekylära ämnet SO 2 .
Medan du utforskar fasövergången i tät SO 2 , de hittade tryckinducerad amorfisering i tät SO 2 och en reversibel tryckinducerad strukturell transformation mellan de molekylära amorfa och polymera amorfa formerna av SO 2 . Detta arbete publicerades i PNAS den 4 april, 2020.
SÅ 2 spelar en betydande roll i kemiforskning och i jordens och atmosfärens fysik. Medan egenskaper hos liknande fasta molekylära system som CO 2 eller N 2 vid högt tryck har studerats omfattande, mer forskning om tät SO 2 , särskilt dess beteende och egenskaper, behöver fortfarande göras.
I den här studien, forskare tittade närmare på denna enkla molekyl genom ett kombinerat experimentellt och beräknat arbete som försökte beskriva några nya och oväntade fenomen.
Genom att använda experimentella tekniker för Raman-spektroskopi och röntgendiffraktion vid höga tryck, de komprimerade SÅ 2 upp till 60 GPa med en diamantstädcell och undersökte fasövergångarna och strukturerna av SO 2 upp till 60 GPa och vid temperaturer från 77-300 K.
Vid 77 K och under 16 GPa, svaveldioxid var kristallint. Vid komprimering till 16 GPa, svaveldioxiden i den kristallina fasen gick igenom tryckinducerad amorfisering och gick in i den amorfa fasen av molekylärt tillstånd. Vid ytterligare komprimering till över 26 GPa, en fasövergång inträffade från den molekylära amorfa fasen (tvåkoordinerad svavel) till den kedjiga polymera amorfa fasen (trekoordinerad svavel).
Forskarna studerade flera olika temperaturvägar och fann att fasövergångsvägen i tät SO 2 gick från den kristallina till den molekylära amorfa fasen och sedan till den polymera amorfa fasen över hela temperaturintervallet 77-300 K. De upptäckte också att fasövergångsvägen var reversibel.
Vidare, amorfiseringstrycket ändrades med temperaturen, allt från 10-16 GPa över 77-300 K temperaturintervall.
För att testa deras observationer, laget använde molekylära dynamiksimuleringar och samma fenomen observerades också. Särskilt, den högtryckspolymera amorfa formen befanns huvudsakligen bestå av störda polymerkedjor gjorda av tre samordnade svavelatomer anslutna via syreatomer, och få kvarvarande intakta molekyler.
Den amorfa molekylära till amorfa polymera övergången som identifierats i denna forskning kan också föreslå en möjlig existens av en liknande övergång i flytande tillstånd.