Kemisk intuition säger oss att tryck tenderar att öka antalet koordinationer, och gör därför vanligtvis en struktur ordnad som är särskilt sant för perovskitliknande föreningar. Dock, i den nyligen upptäckta Y2CoIrO6 en dubbelperovskitförening av A2B'B''O6-typ, forskare fann exceptionell tryckinducerad B-platsordning till störande övergångsfenomen. Kredit:Changqing Jin, Institutet för fysik, kinesiska vetenskapsakademin
Högtrycksmaterialvetenskap har tagit fart under de senaste decennierna, med framsteg inom tidigare svåra experimentella tekniker och från teknologier som diamantstäd, som pressar materialprover mellan två diamanter vid tryck som är upp till miljontals gånger större än det på jordens yta.
Fältet använder dessa extrema förhållanden som speglar planeternas djupa inre för att upptäcka nya material, att modifiera egenskaperna hos kända material på potentiellt användbara och till och med exotiska sätt, och att testa deras koncept om hur material fungerar eller att simulera hur det är inuti jorden.
Under tiden, perovskit är både det vanligaste mineralet i jordens mantel (består av kalciumtitanat, CaTiO 3 ) och namnet på allt material som har samma, speciell kristallstruktur som detta mineral. Perovskitstrukturer är av stort intresse för materialforskare på grund av flera intressanta egenskaper som är viktiga i en rad mikroelektronik, telekommunikation och ren energitillämpningar.
Genom att använda avancerade högtryckstekniker, Professor Changqing Jin, som leder forskargruppen vid Institutet för Fysik, kinesiska vetenskapsakademin, även i tillägg till University of Chinese Academy of Sciences (UCAS) har tillverkat många nya material med perovskitstrukturer och ny funktionalitet under en tid. Nyligen har hans labb syntetiserat en ny typ av perovskitförening, kallade "dubbla perovskiterna, " som har två gånger "enhetscellen, "eller minsta möjliga byggsten i en kristall, av vanliga perovskiter.
Resultaten publicerades i den peer-reviewade tidskriften Angewandte Chemie .
Studien beskriver hur forskarna exponerade sin senaste dubbelperovskit, består av yttrium, kobolt, iridium- och syreatomer (Y 2 CoIrO 6 ), till varierande nivåer av extremt tryck, och vad hände när de gjorde det.
För de flesta material, en ökning av trycket möjliggör en ökning av antalet atomer som kan samlas omedelbart runt en central atom i en kristall (kallat koordinationsnummer.
Men den nya dubbla perovskiten, Y 2 CoIrO 6 , höll sig inte till de traditionella teorierna om att kristallstrukturens ordning tenderar att öka med ökningen av trycket.
Istället, när den syntetiseras vid omgivningstryck, Y 2 CoIrO 6 är mycket beställt, men överraskande nog när den syntetiseras vid 6 gigapascal (GPa, eller ungefär 60, 000 gånger standardatmosfärstryck), medan enhetscellen blev mindre, nu var det bara delbeställning.
Sedan vid 15 GPa, forskarna fann störande. Ökande tryck hade inverterat den normala ordning-till-order-sekvens som forskarna förväntade sig. Dessutom, materialets magnetiska egenskaper förändrades
"Nyfiket, 15 GPa är också trycket som du hittar vid gränsområdet mellan den övre och nedre manteln djupt i jorden, " sa Zheng Deng, en annan medlem i laget. "Det är precis där många perovskitmaterial bildas."
Att få ytterligare insikt i denna oväntade tryckberoende ordningsstörningsövergång kan hjälpa forskare att bättre förstå egenskaperna hos mineraler som utgör manteln och det djupare inre av vår planet
"Detta bryter mot vår intuition om kemi vid höga tryck, " fortsatte Deng. "Det betyder att vi helt och hållet måste ompröva effekterna av tryck inom solid state vetenskaper."
Upptäckten kan tillåta design och syntes av användbara nya material vid höga tryck med egenskaper som annars skulle vara svåra att uppnå under normala förhållanden.
