L'intuizione chimica ci dice che la pressione tende ad aumentare il numero di coordinazioni, e quindi di solito crea una struttura ordinata che è particolarmente vera per composti simili alla perovskite. Però, nel recente scoperto Y2CoIrO6 un doppio composto di perovskite di tipo A2B'B''O6, i ricercatori hanno scoperto che l'ordine del sito B indotto da una pressione eccezionale causa fenomeni di transizione disordinati. Credito:Changqing Jin, Istituto di Fisica, Accademia cinese delle scienze
La scienza dei materiali ad alta pressione è decollata negli ultimi due decenni, con progressi in tecniche sperimentali precedentemente difficili e da tecnologie come le incudini diamantate, che spremono campioni di materiali tra due diamanti a pressioni fino a milioni di volte superiori a quelle della superficie terrestre.
Il campo utilizza queste condizioni estreme che rispecchiano l'interno profondo dei pianeti per scoprire nuovi materiali, modificare le proprietà dei materiali conosciuti in modi potenzialmente utili e persino esotici, e per testare i loro concetti su come funzionano i materiali o per simulare com'è all'interno della Terra.
Nel frattempo, la perovskite è sia il minerale più abbondante nel mantello terrestre (composto da titanato di calcio, CaTiO 3 ) e il nome di qualsiasi materiale che abbia lo stesso, struttura cristallina speciale come questo minerale. Le strutture di perovskite sono di grande interesse per gli scienziati dei materiali a causa di molteplici proprietà interessanti che sono importanti in una gamma di microelettronica, telecomunicazioni e applicazioni di energia pulita.
Utilizzando tecniche avanzate ad alta pressione, Professor Changqing Jin, che guida il gruppo di ricerca presso l'Istituto di Fisica, Accademia cinese delle scienze, anche un collaboratore dell'Università dell'Accademia cinese delle scienze (UCAS) ha fabbricato da tempo molti nuovi materiali con strutture in perovskite e nuove funzionalità. Recentemente il suo laboratorio ha sintetizzato un nuovo tipo di composto di perovskite, chiamate le "doppie perovskiti, " che ha il doppio della "cella elementare, " o il più piccolo possibile elemento costitutivo di un cristallo, di perovskiti regolari.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista peer-reviewed Angewandte Chemie .
Lo studio descrive in dettaglio come i ricercatori hanno esposto la loro ultima doppia perovskite, composto da ittrio, cobalto, atomi di iridio e ossigeno (Y 2 CoIrO 6 ), a diversi livelli di pressione estrema, e cosa è successo quando lo hanno fatto.
Per la maggior parte dei materiali, un aumento della pressione consente un aumento del numero di atomi che possono raccogliersi immediatamente attorno a un atomo centrale in un cristallo (chiamato numero di coordinazione.
Ma la nuova doppia perovskite, sì 2 CoIrO 6 , non aderisce alle teorie tradizionali secondo cui l'ordine della struttura cristallina tende ad aumentare con l'aumento della pressione.
Anziché, quando sintetizzato a pressione ambiente, sì 2 CoIrO 6 è altamente ordinato, ma sorprendentemente quando sintetizzato a 6 gigapascal (GPa, o circa 60, 000 volte la pressione atmosferica standard), mentre la cella unitaria è diventata più piccola, ora c'era solo un ordinamento parziale.
Poi a 15 GPa, i ricercatori hanno trovato disordine. L'aumento della pressione aveva invertito la normale sequenza ordine-disordine che i ricercatori si aspettavano. Inoltre, le proprietà magnetiche del materiale sono cambiate
"Curiosamente, 15 GPa è anche la pressione che trovi nella regione di confine tra il mantello superiore e inferiore in profondità nella Terra, " ha detto Zheng Deng, un altro membro della squadra. "Questo è esattamente il luogo in cui si formano molti materiali di perovskite".
Ottenere ulteriori informazioni su questa inaspettata transizione ordine-disordine dipendente dalla pressione potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio le proprietà dei minerali che compongono il mantello e l'interno più profondo del nostro pianeta
"Questo viola la nostra intuizione sulla chimica ad alte pressioni, " Ha continuato Deng. "Significa che dovremo riconsiderare completamente gli effetti della pressione nelle scienze dello stato solido"
La scoperta potrebbe consentire la progettazione e la sintesi di nuovi materiali utili ad alte pressioni con caratteristiche che altrimenti sarebbero difficili da ottenere in condizioni normali.
