När temperatur eller tryck appliceras på ett material ändras dess tillstånd från flytande till fast eller förblir fast men uppvisar strukturella förändringar. Denna förändring kallas en fasövergång eller förändring.
Glas är ett okristalliserat fast ämne. När en vätska kyls snabbt, blir den en underkyld vätska genom att undvika kristallisering bortom dess fryspunkt och övergår till ett hårt glasartat tillstånd vid ytterligare kylning.
Atomarrangemanget inuti glaset är tydligen oordnat; emellertid uppvisar arrangemanget olika regelbundenheter som är nära relaterade till glasets fysikaliska och kemiska egenskaper. Dessutom är glasegenskaper avgörande i fasförändringsmaterial som används som inspelningsfilmer för tillverkning av beständigt minne och optiska skivor, såsom Blu-ray-skivor, där glasegenskaperna är avgörande för enhetens prestanda.
Dessa material uppvisar avsevärda förändringar i sina glasegenskaper (fasövergång) med variationer i temperatur och tryck; dock har de underliggande atomarrangemangsförändringarna ännu inte klarlagts.
En forskargrupp ledd av University of Tsukuba kombinerade högtrycksdiffraktionsexperiment med synkrotronstrålningsröntgenstrålning med hög briljans med numeriska simuleringar med hjälp av maskininlärning för att undersöka förändringar i atomarrangemanget av fasförändringsmaterial (glasögon) som en funktion av trycket . Artikeln är publicerad i tidskriften Nature Communications .
Forskare har funnit att det vanliga atomarrangemanget, kallat "Peierls-liknande distorsion", som observeras under atmosfärstryck undertrycks med ökande tryck. Vidare fann de att glaselasticitetens volymetriska modul ökar i enlighet därmed (dvs. glasvolymen ändras inte lätt under tryck).
Mekanismen som ligger bakom en sådan fasövergång i glas är i huvudsak densamma som den som observeras i en underkyld vätska. Fasförändringsmaterialens beteende när de fungerar som underkylda vätskor spelar en viktig roll för skrivhastigheten och datalagringen hos optiska skivor.
Dessa resultat visar att den Peierls-liknande stammen är en väsentlig strukturell egenskap som bestämmer egenskaperna hos fasförändringsmaterial. Dessa resultat kan ge en grund för utvecklingen av nya material för avancerat fasförändringsminne och andra tillämpningar.
Mer information: Tomoki Fujita et al, Tryckinducerad omkastning av Peierls-liknande distorsioner framkallar den polyamorfa övergången i GeTe och GeSe, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43457-y
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av University of Tsukuba
