Quando la temperatura o la pressione vengono applicate a un materiale, il suo stato cambia da liquido a solido o rimane solido ma presenta cambiamenti strutturali. Questo cambiamento è chiamato transizione o cambiamento di fase.
Il vetro è un solido non cristallizzato. Quando un liquido viene raffreddato rapidamente, diventa un liquido superraffreddato evitando la cristallizzazione oltre il punto di congelamento e passa a uno stato vetroso duro dopo un ulteriore raffreddamento.
La disposizione atomica all'interno del bicchiere è apparentemente disordinata; tuttavia, la disposizione presenta varie regolarità strettamente correlate alle proprietà fisiche e chimiche del vetro. Inoltre, le proprietà del vetro sono cruciali nei materiali a cambiamento di fase utilizzati come pellicole di registrazione per fabbricare memoria non volatile e dischi ottici, come i dischi Blu-ray, in cui le proprietà del vetro sono fondamentali per le prestazioni del dispositivo.
Questi materiali presentano notevoli cambiamenti nelle loro proprietà vetrose (transizione di fase) al variare della temperatura e della pressione; tuttavia, i cambiamenti nella disposizione atomica sottostanti non sono stati ancora chiariti.
Un gruppo di ricerca guidato dall'Università di Tsukuba ha combinato esperimenti di diffrazione ad alta pressione utilizzando raggi X di radiazione di sincrotrone ad alta brillantezza con simulazioni numeriche utilizzando l'apprendimento automatico per studiare i cambiamenti nella disposizione atomica dei materiali a cambiamento di fase (vetri) in funzione della pressione . L'articolo è pubblicato sulla rivista Nature Communications .
I ricercatori hanno scoperto che la disposizione regolare degli atomi, chiamata "distorsione di tipo Peierls", osservata sotto la pressione atmosferica viene soppressa con l'aumento della pressione. Inoltre, hanno scoperto che il modulo volumetrico di elasticità del vetro aumenta di conseguenza (vale a dire, il volume del vetro non cambia facilmente sotto pressione).
Il meccanismo alla base di tale transizione di fase nel vetro è essenzialmente lo stesso osservato in un liquido sottoraffreddato. Il comportamento dei materiali a cambiamento di fase quando agiscono come liquidi superraffreddati gioca un ruolo importante nella velocità di scrittura e nella conservazione dei dati dei dischi ottici.
Questi risultati dimostrano che la deformazione simile a Peierls è una caratteristica strutturale essenziale che determina le caratteristiche dei materiali a cambiamento di fase. Questi risultati potrebbero fornire una base per lo sviluppo di nuovi materiali per la memoria avanzata a cambiamento di fase e altre applicazioni.
Ulteriori informazioni: Tomoki Fujita et al, L'inversione indotta dalla pressione delle distorsioni simili a Peierls suscita la transizione poliamorfica in GeTe e GeSe, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43457-y
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Tsukuba
