Distribuzione della densità elettronica dell'orbitale di frontiera di una molecola TMTTF. Gli elettroni degli atomi costituenti la molecola possono essere considerati sia come elettroni del nucleo, che non hanno interazioni con l'ambiente circostante, o elettroni di orbitali di frontiera, che determinano molte proprietà fisiche della molecola. Siamo riusciti a visualizzare la distribuzione orbitale molecolare di frontiera di un TMTTF mediante un'analisi strutturale precisa utilizzando un metodo di sintesi di Fourier differenziale centrale (CDFS). Credito:Shunsuke Kitou
Un team di fisici guidato dalla Nagoya University utilizza una sorgente di raggi X di radiazione di sincrotrone per sondare una cosiddetta transizione "senza struttura" e sviluppare una nuova comprensione dei conduttori molecolari.
Normalmente associamo la conduzione di elettricità ai metalli. Però, alcune delle alte conducibilità misurate si trovano in alcuni cristalli molecolari organici. Metallico, proprietà semiconduttive e persino superconduttive possono essere ottenute in questi materiali, che hanno interessato gli scienziati per decenni. Il cambiamento di temperatura o pressione provoca transizioni di fase nella struttura cristallina dei conduttori molecolari e delle relative proprietà di conduzione. Gli scienziati di solito possono determinare la struttura cristallina usando la diffrazione dei raggi X. Però, il cambiamento strutturale che accompagna la transizione di fase in un particolare cristallo organico (TMTTF)2PF6 ha sfidato l'esame per quasi 40 anni.
Ora, un gruppo di ricerca dell'Università di Nagoya ha finalmente spiegato i misteriosi cambiamenti strutturali di questa transizione di fase e il relativo comportamento elettronico.
"I ricercatori hanno messo in dubbio che il sale TMTTF (tetrametiltetratiafulvalene) mostra una transizione sproporzionata di carica a 67 Kelvin ma nessun cambiamento rilevante nella sua struttura cristallina. Questa transizione è un mistero di vecchia data noto come "transizione senza struttura", " spiega l'autore principale Shunsuke Kitou.
TMTTF è un donatore organico che si trova anche in alcuni superconduttori organici. Appena sopra la temperatura che l'azoto liquido congela, questo cristallo organico si comporta da isolante. Ma quando la temperatura si abbassa, subisce cambiamenti elettronici e magnetici.
Finora questi cambiamenti strutturali erano troppo piccoli per essere misurati direttamente. Utilizzando la sorgente di raggi X a SPring8, a Hyogo Giappone, il team ha potuto determinare con precisione la struttura cristallina in ogni fase. La transizione senza struttura comporta la formazione di un cristallo di Wigner bidimensionale, sulla base di un cambiamento nel modello di distribuzione degli elettroni nella struttura.
"Abbiamo caratterizzato con precisione i sottili cambiamenti strutturali durante questa transizione e infine fornito una spiegazione fisica completa per l'apparente struttura immutabile di questo conduttore organico, ", afferma il leader del gruppo Hiroshi Sawa. "Mancano ancora dati cristallografici accurati per molti conduttori organici e speriamo che i nostri risultati possano ispirare altri gruppi a guardare più da vicino questi sistemi. Una migliore comprensione del loro comportamento complesso potrebbe aprire la strada a una gamma di nuovi materiali elettronici funzionali".
