I en artikel publicerad i Chemistry of Materials Oakland University docent i fysik Yuejian Wang undersökte hur högtryckstekniker kan inducera förändringar i vissa kristallina material, liknande hur grafit kan omvandlas till diamant när den utsätts för högt tryck och hög temperatur.
"Högt tryck fungerar som ett kraftfullt verktyg för att reda ut mysterier som är gömda i material som förblir oupptäckta vid rumstemperatur och omgivande tryck," sa Wang. "Genom att väsentligt ändra avståndet mellan atomer kan trycket dynamiskt modifiera kristallstrukturer, vilket leder till djupgående förändringar i fysikaliska egenskaper, vilket exemplifieras av transformationen mellan diamant och grafit.
"Inom området högtrycksmaterialvetenskap utsätter vi material för högtrycksförhållanden och använder sedan röntgentekniker, såväl som andra verktyg, för att observera de resulterande förändringarna i materialen," tillade han. "Precis som röntgenstrålar används i medicinska tillämpningar för att visualisera människokroppens inre strukturer, kan de också användas för att upptäcka och analysera kristallstrukturerna i material. Detta gör det möjligt för forskare att få insikter i den intrikata omvandlingen."
I artikeln med titeln "Trycksinducerade förändringar i kristallstrukturen och elektrisk konduktivitet hos GeV4 S8 ", Wang undersökte GeV4 S8 , en medlem av Spinel-familjen, genom att använda högtryckstekniker, tillsammans med flera karaktäriseringsverktyg. Spineller finns vanligtvis i metamorfa eller magmatiska bergarter och är kända för sin mångfald av färger, som omfattar röda, blå, gröna, lila, orange, gula och svarta varianter.
"Bland spineller, GeV4 S8 har väckt stor uppmärksamhet på grund av dess unika elektriska och magnetiska egenskaper," sa Wang.
Resultaten av studien, sa Wang, ger betydande insikter i både kemi- och fysikdomäner.
"Den presenterar en omfattande och detaljerad förståelse av den kompressionsinducerade övergången från kubisk till ortorombisk struktur, vilket belyser de invecklade mekanismerna som är involverade. Dessutom fördjupar studien i materialfysik aspekten, belyser övergången från halvledare till ledare och utforskar rollen av Jahn-Teller-effekten när det gäller att styra dessa övergångar."
Enligt Wang berikar resultaten av studien inte bara mänsklighetens förståelse av detta system utan har också potentialen att väcka ett brett intresse och inspirera till ytterligare undersökningar.
"Till exempel, att fördjupa sig i hur detta material beter sig under samtidig komprimering och kylning kan fungera som ett extraordinärt och värdefullt ämne för framtida utforskning," sa han. "Sådana förfrågningar kan leda till nya insikter och tillämpningar inom materialvetenskapen och den kondenserade materiens fysik."
Mer information: Yuejian Wang et al, Pressure-induced Changes in the Crystal Structure and Electrical Conductivity of GeV4S8, Chemistry of Materials (2024). DOI:10.1021/acs.chemmater.3c02488
Journalinformation: Materialens kemi
Tillhandahålls av Oakland University
