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È noto che alcune sostanze esistono in diversi stati solidi strutturalmente disordinati, un fenomeno noto come poliamorfismo.
Il primo e forse più celebre esempio di comportamento poliamorfico è stato scoperto nel ghiaccio d'acqua nel 1984 da Mishima et al. Sono state identificate due diverse forme di ghiaccio d'acqua amorfo, noto come ghiaccio amorfo a bassa densità e ghiaccio amorfo ad alta densità. Più tardi, fenomeni simili sono stati osservati anche in altri importanti sistemi come Si, SiO 2 , e Geo 2 .
Nella fisica della materia condensata, il poliamorfismo è un fenomeno molto interessante ma poco compreso.
Recentemente, un team di scienziati cinesi e i loro collaboratori presso l'Istituto di fisica dello stato solido degli Hefei Institutes of Physical Sciences hanno esaminato il poliamorfismo nella sostanza molecolare SO 2 .
Durante l'esplorazione della transizione di fase in SO . denso 2 , hanno trovato l'amorfizzazione indotta dalla pressione nella SO . densa 2 e una trasformazione strutturale reversibile indotta dalla pressione tra le forme molecolari amorfe e polimeriche amorfe di SO 2 . Questo lavoro è stato pubblicato in PNAS il 4 aprile 2020.
COSÌ 2 svolge un ruolo significativo nella ricerca chimica e nella fisica della Terra e dell'atmosfera. Mentre le proprietà di sistemi molecolari solidi simili come la CO 2 o N 2 ad alte pressioni sono stati ampiamente studiati, ulteriori ricerche su SO . denso 2 , soprattutto il suo comportamento e le sue proprietà, deve ancora essere fatto.
In questo studio, gli scienziati hanno esaminato più da vicino questa semplice molecola attraverso uno sforzo combinato sperimentale e computazionale che ha cercato di descrivere alcuni fenomeni nuovi e inaspettati.
Utilizzando tecniche sperimentali di spettroscopia Raman e diffrazione di raggi X ad alte pressioni, hanno compresso SO 2 fino a 60 GPa con una cella a incudine diamantata e ha esplorato le transizioni di fase e le strutture di SO 2 fino a 60 GPa e a temperature comprese tra 77-300 K.
A 77 K e inferiore a 16 GPa, l'anidride solforosa era cristallina. Quando compresso a 16 GPa, l'anidride solforosa nella fase cristallina ha attraversato l'amorfizzazione indotta dalla pressione ed è entrata nella fase amorfa dello stato molecolare. Quando ulteriormente compresso al di sopra di 26 GPa, si è verificata una transizione di fase dalla fase amorfa molecolare (zolfo bicoordinato) alla fase amorfa polimerica a catena (zolfo tricoordinato).
I ricercatori hanno studiato diversi percorsi di temperatura e hanno scoperto che il percorso di transizione di fase in SO . denso 2 procedevano dalla fase cristallina alla fase amorfa molecolare e poi alla fase amorfa polimerica nell'intero intervallo di temperatura di 77-300 K. Hanno anche scoperto che il percorso di transizione di fase era reversibile.
Per di più, la pressione di amorfizzazione è cambiata con la temperatura, che vanno da 10-16 GPa nell'intervallo di temperatura 77-300 K.
Per mettere alla prova le loro osservazioni, il team ha utilizzato simulazioni di dinamica molecolare ed è stato osservato anche lo stesso fenomeno. In particolare, la forma amorfa polimerica ad alta pressione è risultata costituita principalmente da catene polimeriche disordinate costituite da atomi di zolfo a tre coordinate collegati tramite atomi di ossigeno, e poche molecole intatte residue.
La transizione da molecolare amorfo a polimerico amorfo identificata in questa ricerca può anche suggerire la possibile esistenza di una transizione simile allo stato liquido.
