La ricerca teorica presso l'Oak Ridge National Laboratory può aiutare a spiegare i risultati sperimentali nel biossido di vanadio, come la formazione di sottili canali conduttivi (visibili in bianco) che possono apparire sotto sforzo in un campione di biossido di vanadio su scala nanometrica.
(PhysOrg.com) -- Uno studio sistematico sui cambiamenti di fase nel biossido di vanadio ha risolto un mistero che ha sconcertato gli scienziati per decenni, secondo i ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory del Department of Energy.
Gli scienziati hanno saputo che il biossido di vanadio presenta diverse fasi in competizione quando agisce come isolante a temperature più basse. Però, l'esatta natura del comportamento di fase non è stata compresa dall'inizio della ricerca sul biossido di vanadio nei primi anni '60.
Alexander Tselev, un ricercatore associato dell'Università del Tennessee-Knoxville che lavora con il Center for Nanophase Materials Sciences dell'ORNL, in collaborazione con Igor Luk'yanchuk dell'Università della Piccardia in Francia ha utilizzato una teoria della fisica della materia condensata per spiegare i comportamenti di fase osservati del biossido di vanadio, un materiale di rilevante interesse tecnologico per l'ottica e l'elettronica.
"Abbiamo scoperto che la competizione tra diverse fasi è puramente guidata dalla simmetria reticolare, " ha detto Tselev. "Abbiamo scoperto che il reticolo di fase metallico dell'ossido di vanadio può "piegarsi" in modi diversi durante il raffreddamento, quindi ciò che le persone hanno osservato sono stati diversi tipi di piegatura."
Il biossido di vanadio è meglio conosciuto nel mondo dei materiali per la sua transizione di fase rapida e brusca che essenzialmente trasforma il materiale da metallo a isolante. Il cambiamento di fase avviene a circa 68 gradi Celsius.
"Queste caratteristiche di conducibilità elettrica rendono il biossido di vanadio un ottimo candidato per numerose applicazioni in ottica, dispositivi elettronici e optoelettronici, " ha detto Tselev.
I dispositivi che potrebbero trarre vantaggio dalle proprietà insolite del VO2 includono laser, rilevatori di movimento e rilevatori di pressione, che potrebbero beneficiare della maggiore sensibilità fornita dai cambiamenti di proprietà del biossido di vanadio. Il materiale è già utilizzato in tecnologie come i sensori a infrarossi.
I ricercatori hanno affermato che il loro lavoro teorico potrebbe aiutare a guidare la futura ricerca sperimentale sul biossido di vanadio e, in definitiva, aiutare lo sviluppo di nuove tecnologie basate su VO 2 .
"In fisica, vuoi sempre capire come ticchetta il materiale, " ha detto Sergei Kalinin, uno scienziato senior presso il CNMS. "La teoria termodinamica ti permetterà di prevedere come si comporterà il materiale in diverse condizioni esterne".
I risultati sono stati pubblicati nell'American Chemical Society's Nano lettere . Il gruppo di ricerca includeva anche Ilia Ivanov, John Budai e Jonathan Tischler all'ORNL e Evgheni Strelcov e Andrei Kolmakov alla Southern Illinois University.
La ricerca teorica del team si espande sui precedenti studi sperimentali ORNL con l'imaging a microonde che hanno dimostrato come la deformazione e i cambiamenti della simmetria del reticolo cristallino possono produrre sottili fili conduttivi in campioni di biossido di vanadio su scala nanometrica.
