Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Waseda y la Universidad de Tokio encontró que el orden orbital en un compuesto vanadato exhibe un claro comportamiento de crecimiento de nucleación.
"Creemos que esta es la primera observación de este tipo, donde los electrones en un sólido inorgánico crearon dos fases blandas similares al vapor y el agua, y donde se observó un comportamiento de crecimiento de nucleación debido a la tensión superficial creada entre las fases,"dice Takuro Katsufuji, profesor de ciencias físicas en la Universidad de Waseda e investigador principal de este estudio.
Los investigadores publicaron sus hallazgos revisados por pares en Comunicaciones de la naturaleza el 11 de mayo de 2020.
Cuando el vapor de agua se condensa, el vapor se convierte en rocío a medida que los núcleos de agua se forman y crecen, pasando las fases de gas a líquido. Esta formación y crecimiento de los núcleos se llama proceso de nucleación-crecimiento, y ocurre en varios tipos de transiciones de fase.
Aunque las transiciones de fase también ocurren en los sólidos, nunca se ha observado un comportamiento de crecimiento de nucleación durante las transiciones de fase basadas en electrones en materiales inorgánicos. La explicación más probable es porque debe haber tensión superficial para que ocurra este comportamiento, pero lo difícil eslos sólidos solo podrían crear una tensión superficial insignificante en comparación con una energía elástica en masa.
En su estudio, Katsufuji y su equipo usaron el compuesto de vanadato BaV 10 O 15 , un óxido con vanadio y bario. Anteriormente, encontraron que a 130 K, o aproximadamente -140 ° C, la dirección de los orbitales poseídos por los electrones del vanadio se alinean, desencadenando una transición de fase conocida como ordenamiento orbital en este compuesto.
"Sabiendo esto, lo que hicimos en nuestro estudio reciente fue reemplazar parcialmente el vanadio con titanio, un elemento químico ubicado a la izquierda del vanadio en la tabla periódica, para controlar la temperatura de transición del orden orbital", explica Katsufuji ".Revelamos que el proceso de nucleación-crecimiento estaba ocurriendo midiendo la dependencia del tiempo de la resistividad eléctrica, la susceptibilidad magnética y la tensión en el orden orbital de este vanadato, y descubrimos que los electrones habían creado dos fases suaves como vapor de agua en estesólido orgánico y que había tensión superficial entre las dos fases "
En el pasado, los métodos para obtener características deseables con coexistencia de dos fases en sólidos se han probado con diversos materiales y dispositivos, pero en la mayoría de los casos, ha sido difícil controlar la relación de volumen y las formas de las dos fases. Sin embargo, se espera que para estas fases suaves recientemente descubiertas, el control de la relación de volumen y sus formas se pueda hacer más fácilmente. Además, BaV 10 O 15 es conocido por su excelente rendimiento como material termoeléctrico que puede generar electricidad a partir de la diferencia de temperatura, lo que hace que este compuesto con dos fases coexista un material atractivo.
Katsufuji agrega, "La razón por la cual ocurre el proceso de nucleación-crecimiento en BaV 10 O 15 es porque la tensión superficial entre las dos fases es bastante grande como resultado del acoplamiento de grados de libertad llamados orbitales y espines en los electrones. Esperamos progresar en la investigación desde la perspectiva de que este es un fenómeno nuevo que surge de tales acoplamientosgrados de libertad de electrones "
Los investigadores planean medir varias cantidades físicas del compuesto de vanadato en un estado donde las dos fases coexisten y entienden cómo pueden cambiar sus propiedades físicas y cómo pueden mejorar sus características como material funcional. Además, BaV 10 O 15 es el primer material como compuesto inorgánico donde se observó el proceso de nucleación-crecimiento, pero será necesario determinar si existen otros materiales que exhiban un comportamiento de nucleación-crecimiento.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Waseda . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :