Detta återvunna vismutprov har en romboedrisk struktur och innehåller flytande strukturella motiv efter djupsmältning vid höga tryck. Den överraskande strukturella minneseffekten i smält tillstånd är ansvarig för den oväntade förändringen från magnetisk repulsion till magnetisk attraktion i vismut. Kredit:Yu Shu och Guoyin Shen.
Nytt arbete från ett team inklusive Carnegies Guoyin Shen och Yoshio Kono använde högt tryck och temperatur för att avslöja ett slags "strukturellt minne" i prover av metallvismut, en upptäckt med stor elteknisk potential.
Vismut är ett historiskt intressant element för forskare, eftersom ett antal viktiga upptäckter inom metallfysikvärlden gjordes när man studerade den, inklusive viktiga observationer om magnetfältens effekt på elektrisk ledningsförmåga.
Vismut har ett antal faser. En kemisk fas är en distinkt konfiguration av molekylerna som utgör ett ämne. Vatten som fryser till is eller kokar till ånga är exempel på hur förändringar i yttre förhållanden kan inducera en övergång från en fas till en annan. Men för fysiker och materialvetare, tillämpning av extrema tryck och temperaturer kan åstadkomma en stor mängd andra faser. Till exempel, under ökande tryck och temperaturförhållanden genomgår vismut en rad fasövergångar, inklusive åtta olika typer av fasta faser som hittills observerats.
I tidigare studier av vismut, tryckinducerade strukturella förändringar bibehölls inte när trycket reducerades. Dock, forskargruppen – som inkluderade huvudförfattaren Yu Shu och kollegorna Dongli Yu, Wentao Hu, Bo Xu, Julong He, och Zhongyuan Liu från Yanshan University, och Yanbin Wang från University of Chicago – använde en väg av successiva tryck- och temperaturförhållanden för att skapa en form av vismut som har ett "strukturellt minne" från en tidigare fas.
När vismut bringas till ett flytande tillstånd under mellan 14, 000 och 24, 000 gånger normalt atmosfärstryck (1,4 till 2,4 gigapascal) och vid cirka 1, 800 grader Fahrenheit (1, 250 kelvin), och kyls sedan långsamt tillbaka till ett fast tillstånd, den fasta "minns" några av de strukturella motiven från dess flytande föregångare.
"Högtrycksvätskan blir mer strukturellt oordnad när värmen appliceras, anta vad vi kallar ett "djupt flytande" tillstånd, vissa strukturella egenskaper kvarstår även när vismuten kyls tillbaka till fast form, Shen förklarade. "Detta är första gången en sådan effekt har setts i en elementär metall."
Fascinerande nog, detta "minne" är korrelerad med en förändring från att stötas bort av ett magnetfält till att attraheras av ett magnetfält. Teamet tror att det kommer att vara möjligt att framkalla en liknande förändring av fysiska egenskaper i andra, liknande, element, inklusive cerium, antimon, plutonium, och andra.
