Los físicos teóricos de la Universidad de Linköping han desarrollado un método computacional para calcular la transición de una fase a otra en materiales sólidos dinámicamente desordenados. Esta es una clase de materiales que pueden usarse en muchas aplicaciones ecológicas.
Los materiales sólidos en realidad no son tan sólidos como parecen. Normalmente, cada átomo realmente vibra alrededor de una cierta posición en el material. La mayoría de los modelos teóricos que apuntan a describir materiales sólidos se basan en el supuesto de que los átomos retienen sus posiciones yno te alejes mucho de ellos.
"Este no es el caso para algunos materiales, como los materiales con conductividad iónica muy alta y aquellos en los que los bloques de construcción no son solo átomos sino también moléculas. Varias de las perovskitas que son materiales prometedores para las células solares son de este tipo,"Johan Klarbring, estudiante de doctorado en física teórica en la Universidad de Linköping, nos dice.
Las perovskitas se definen por sus estructuras cristalinas y vienen en diferentes formas. Sus constituyentes pueden ser tanto átomos como moléculas. Los átomos en las moléculas vibran, pero la molécula completa también puede rotar, lo que significa que los átomos se mueven significativamente más de lo habitualasumido en los cálculos.
Los materiales que muestran este comportamiento atípico se conocen como "materiales sólidos dinámicamente desordenados". Los materiales sólidos dinámicamente desordenados muestran un inmenso potencial en aplicaciones ambientalmente sensibles. Los materiales que son buenos conductores iónicos son, por ejemplo, prometedores en el desarrollo de electrolitos sólidos para bateríasy celdas de combustible, y para aplicaciones termoeléctricas.
Sin embargo, las propiedades de los materiales han sido difíciles de calcular teóricamente y los investigadores a menudo se han visto obligados a utilizar experimentos que requieren mucho tiempo.
Jonas Klarbring ha desarrollado un método computacional que describe con precisión lo que sucede cuando este tipo de material se calienta y experimenta transiciones de fase. Johan Klarbring y su supervisor, el profesor Sergei Simak, han publicado los resultados en la revista científica Cartas de revisión física .
Han estudiado el óxido de bismuto, Bi2O3, un material que se sabe que es un muy buen conductor iónico. Este óxido, donde la corriente es conducida por iones de óxido, es el mejor conductor de iones de óxido de todos los materiales sólidos conocidos. Los experimentos han demostrado que tienebaja conductividad a bajas temperaturas, pero cuando se calienta experimenta una transición de fase a una fase dinámicamente desordenada con alta conductividad iónica.
"El artículo en Cartas de revisión física describe cómo hemos podido por primera vez describir teóricamente la transición de fase en óxido de bismuto y calcular la temperatura a la que se produce. Esto proporciona una base teórica importante para el desarrollo de, por ejemplo, electrolitos en celdas de combustible,donde es importante saber exactamente cuándo tiene lugar la transición de fase ", dice Johan Klarbring.
"Comienzo desde una fase ordenada, que está bien descrita por métodos convencionales. Luego uso una técnica conocida como 'integración termodinámica', que he adaptado para tratar el movimiento desordenado. La fase ordenada está acoplada a la desordenadauno, con la ayuda de una serie de cálculos de mecánica cuántica, realizados en el Centro Nacional de Supercomputadoras en LiU ".
Los cálculos teóricos están totalmente de acuerdo con el comportamiento del material en los experimentos de laboratorio.
Los investigadores ahora planean probar el método en otros materiales interesantes, como las perovskitas, y en materiales con alta conductividad iónica de litio. Estos últimos son de interés para el desarrollo de baterías de alto rendimiento.
"Una vez que tenemos una comprensión teórica profunda de los materiales, mejora las posibilidades de optimizarlos para aplicaciones específicas", concluye Johan Klarbring.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Linköping . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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