Ora, un team di ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia e dell’Università di Stanford, ha utilizzato una potente tecnica di diffusione dei raggi X per sondare la struttura atomica del biossido di vanadio durante questa transizione. I loro risultati, pubblicati su Nature Materials, rivelano una nuova comprensione di come gli atomi del materiale si riorganizzano quando cambiano stato e potrebbero aiutare gli scienziati a progettare materiali con proprietà simili per applicazioni specifiche.
"Il biossido di vanadio è un materiale interessante per il suo potenziale applicativo, ma il suo comportamento è stato un enigma", ha affermato Giulia Mancini, scienziata dello staff SLAC, che ha guidato lo studio. "Volevamo capire perché passa da metallo a isolante e quali sono i meccanismi atomici dietro questo cambiamento."
Quando riscaldato al di sopra di una certa temperatura, il biossido di vanadio subisce una trasformazione strutturale in cui gli atomi nel suo reticolo cristallino si riorganizzano improvvisamente. Questo cambiamento fa sì che il materiale perda le sue proprietà metalliche e diventi un isolante, il che significa che non conduce più bene l’elettricità.
I ricercatori hanno utilizzato il Linac Coherent Light Source (LCLS) di SLAC, un laser a elettroni liberi che produce impulsi di raggi X estremamente intensi, per studiare la struttura atomica del biossido di vanadio mentre subisce questa transizione. Inviando questi impulsi a campioni del materiale, potrebbero catturare istantanee delle posizioni atomiche con dettagli senza precedenti.
I loro risultati hanno mostrato che la riorganizzazione comporta un sottile cambiamento nell’inclinazione degli ottaedri di vanadio-ossigeno, che sono gli elementi costitutivi del reticolo cristallino. Questo piccolo aggiustamento provoca un cambiamento nelle proprietà elettroniche del materiale, portando al passaggio da metallo ad isolante.
"Con nostra sorpresa, abbiamo osservato una nuova fase intermedia nella transizione del materiale", ha affermato l'autore principale Yixi Xu, ricercatore post-dottorato a Stanford. "Questa fase potrebbe essere un fattore chiave per comprendere la fisica sottostante e potrebbe aiutarci a progettare materiali che presentino trasformazioni reversibili simili per applicazioni tecnologiche."
Il gruppo di ricerca intende indagare ulteriormente su questa fase intermedia ed esplorare come potrebbe essere controllata e utilizzata nei futuri materiali per dispositivi elettronici.
Lo studio è stato finanziato dall'Office of Science del DOE, dalla LCLS Facility dello SLAC e dalla National Science Foundation.
