I ricercatori dell'Università di Bayreuth hanno scoperto un materiale insolito:quando viene raffreddato a due gradi Celsius, la sua struttura cristallina e le proprietà elettroniche cambiano bruscamente e significativamente. In questo nuovo stato, le distanze tra gli atomi di ferro possono essere adattate con l'aiuto di fasci di luce. Ciò apre interessanti possibilità di applicazione nel campo della tecnologia dell'informazione. Gli scienziati hanno presentato la loro scoperta sulla rivista Angewandte Chemie—Edizione Internazionale . Le nuove scoperte sono il risultato di una stretta collaborazione con le strutture partner di Augusta, Dresda, Amburgo, e Mosca.

Il materiale è una forma insolita di ossido di ferro con la formula Fe₅O₆. I ricercatori lo hanno prodotto a una pressione di 15 gigapascal in un laboratorio ad alta pressione dell'Istituto di ricerca bavarese di geochimica e geofisica sperimentale (BGI) con sede presso l'Università di Bayreuth. Se la temperatura scende a due gradi Celsius, come si può trovare in un frigorifero domestico piuttosto freddo, si verifica un improvviso cambiamento strutturale:ioni di ferro, che sono legati insieme in lunghe catene a temperature più elevate, riorganizzarsi invece in coppie. Due ioni di ferro formano un legame tra loro, che consiste di un solo elettrone condiviso.

L'applicazione selettiva di raggi luminosi da una sorgente esterna può intervenire nella formazione di questa nuova struttura cristallina. Se hanno una lunghezza d'onda adeguata, sono in grado di rompere il legame tra due particolari ioni di ferro:la coppia ionica si scinde. Di conseguenza, i singoli ioni di ferro iniziano a muoversi un po', significando la loro distanza l'uno dall'altro e il loro cambiamento di stato fisico. "Questa influenza mirata della spaziatura atomica alle temperature del frigorifero, che sono facili da realizzare industrialmente, ha un grande potenziale di applicazione nel settore IT. Può essere usato, Per esempio, nei computer quantistici, per elementi di stoccaggio che misurano solo pochi nanometri, o per interruttori altrettanto piccoli, " spiega il dott. Sergey Ovsyannikov di BGI, primo autore della pubblicazione.

La sintesi e lo studio dell'ossido di ferro Fe₅O₆ sono di fondamentale importanza per chiarire le relazioni tra la struttura cristallina degli ossidi di ferro e le loro proprietà fisiche. Questo è un ulteriore risultato dello studio ora pubblicato. interessante, la distanza tra gli ioni di ferro, che sono legati insieme in catene a temperature ambiente normali, sembra determinare esattamente a quale temperatura più bassa si verifica il suddetto improvviso cambiamento strutturale, e le nuove proprietà risultanti sorgono. "Questi risultati forniscono una base preziosa per lo sviluppo di nuovi materiali per la tecnologia dell'informazione, " afferma il Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky di BGI, che ha coordinato il lavoro di ricerca.

Il significativo cambiamento strutturale che i ricercatori hanno ora scoperto nell'ossido di ferro Fe₅O₆ è noto in fisica come "transizione dell'ordine di carica di Verwey". Fino ad ora, tale transizione dipendente dalla temperatura, che è accompagnato da un cambiamento nelle proprietà elettroniche e di altro tipo, era stato ben studiato solo nell'ossido di ferro Fe₃O₄. In questo materiale, però, i cambiamenti si verificano solo quando la temperatura scende a meno 153 gradi Celsius. A questa temperatura di transizione, qualsiasi applicazione per la tecnologia dell'informazione sarebbe difficile da implementare.