Un grupo de investigación conjunto de la Universidad de Osaka y la Universidad de Tokio descubrió el mecanismo de la transición vítrea que los electrones pueden experimentar en los cristales de óxido de pirocloro. Los investigadores muestran que las distorsiones en la red atómica provocan dos tipos de grados de libertad de rotación de los espines.se acoplan y forman un estado vítreo a la misma temperatura exacta. Este trabajo arrojará luz sobre nuestra comprensión del mecanismo de las transiciones de vidrio, que es uno de los problemas no resueltos más fundamentales en la física.
Los óxidos de pirocloro son minerales que tienen la fórmula química A 2 B 2 O 7 , donde A es generalmente un ion de tierras raras y B es un metal de transición, en este caso, molibdeno. Los iones metálicos en el cristal forman tetraedros que comparten esquinas. Los electrones en los iones están esencialmente unidos al núcleo perotodavía puede orbitar alrededor del núcleo y girar a su alrededor. En cierto sentido, esto es similar a los movimientos de los planetas en el sistema solar: los planetas están orbitando alrededor del sol mientras también giran a su alrededor.
Los científicos descubrieron que las órbitas y espines de los electrones en las diferentes esquinas del tetraedro están interactuando entre sí de una manera compleja. Algunos pares de espines quieren alinear sus ejes de espín en paralelo, pero otros quieren alinearse en antiparalelo.Desafortunadamente, no hay una manera posible de cumplir con todo esto simultáneamente, por lo que los científicos dicen que los giros están "frustrados". El resultado son muchas configuraciones equivalentes y los giros terminan atascados apuntando en diferentes direcciones incluso a bajas temperaturas. Esto se conoce comoun vidrio giratorio, ya que tiene una dinámica muy similar al enfriamiento del vidrio fundido a estado sólido. Es decir, el vidrio al que estamos acostumbrados en nuestras ventanas y vasos está en un estado intermedio entre sólido y líquido. Las moléculas se fijan enlugar, como un sólido, ya que no tienen suficiente energía para moverse, pero están dispuestos sin un orden de largo alcance, algo así como un "líquido congelado".
"Aunque se sabe que algunos sistemas muestran tales comportamientos debido a la aleatoriedad extrínseca, llamada 'trastorno apagado', hemos demostrado que esto no es necesario para comprender la cristalinidad del sistema de pirocloro", dice el primer autor Kota Mitsumoto.
Si bien la naturaleza a menudo parece favorecer las formas simétricas, hay casos en los que los cristales tetraédricos son más estables cuando un lado se alarga y otro se comprime, en un proceso llamado distorsión de Jahn-Teller. Los investigadores descubrieron que este cambio unía el giroy grados orbitales de libertad, lo que los hizo experimentar transiciones de vidrio a la misma temperatura crítica. "Estamos felices de poder ayudar a resolver un rompecabezas de larga data sobre el origen del vidrio giratorio sin desorden", agrega el autor principal Hajime Yoshino..
El equipo utilizó simulaciones por computadora junto con cálculos teóricos para mostrar que, a esta temperatura crítica, la respuesta no lineal a los campos magnéticos externos se vuelve muy grande, como se esperaba para una transición vítrea.
"Demostramos, por primera vez, cómo puede ocurrir una transición vítrea termodinámica en una red periódica sin aleatoriedad apagada", dice Mitsumoto. "Esperamos que nuestros hallazgos puedan mejorar la comprensión de la transición vítrea en general".
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Materiales proporcionado por Universidad de Osaka . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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