"Este es un nuevo tipo de mecanismo de transferencia de carga, por lo que desde el punto de vista de la comunidad científica es muy, muy emocionante. Estamos mostrando notables transformaciones físicas en un rango muy, muy corto de parámetros, en este caso la presión,"dice Ashkan Salamat, profesor asociado de física en UNLV.
Por ejemplo, a medida que aumenta la presión, MnS 2 , un aislante blando, pasa a un estado metálico y luego a un aislante nuevamente, describen los investigadores en un artículo marcado como la elección de un editor en Cartas de revisión física .
"Los metales por lo general siguen siendo metales; es muy poco probable que luego puedan volver a convertirse en un aislante", dice Ranga Dias, profesor asistente de ingeniería mecánica y de física y astronomía en Rochester. "El hecho de que este material pase de unaislante a un metal y de nuevo a un aislante es muy raro ".
Además, las transiciones van acompañadas de disminuciones sin precedentes en la resistencia y el volumen en un rango extremadamente estrecho de cambio de presión, todo lo que ocurre a aproximadamente 80 grados Fahrenheit. La temperatura relativamente baja aumenta las posibilidades de que el proceso de transición del metal eventualmente se aproveche paratecnología, dice Salamat.
en artículos anteriores en Naturaleza y Cartas de revisión física , la colaboración de Dias y Salamat estableció nuevos puntos de referencia para lograr la superconductividad a temperatura ambiente. Un denominador común de su trabajo es explorar las formas "notablemente extrañas" en que se comportan los metales de transición y otros materiales cuando se combinan con sulfuros y luego se comprimen en unyunque de celda de diamante.
"El nuevo fenómeno que estamos reportando es un ejemplo fundamental de respuestas bajo alta presión y encontrará un lugar en los libros de texto de física", dice Salamat. "Hay algo muy intrigante sobre cómo se comporta el azufre cuando está adherido a otros elementos.Esto ha dado lugar a algunos avances notables ".
Los avances logrados por los laboratorios Dias y Salamat han involucrado la compresión de meros picolitros de material, aproximadamente del tamaño de una sola partícula de inyección de tinta.
El giro y la presión son la base de una transición de metal espectacular
Detrás de las transiciones descritas en este artículo se encuentra la forma en que los estados de espín momento angular de los electrones individuales interactúan a medida que se aplica presión, explican Dias y Salamat.
cuando MnS 2 se encuentra en su estado aislante normal, los electrones están principalmente en orbitales no apareados de "alto giro", lo que hace que los átomos reboten activamente hacia adelante y hacia atrás.electrones que intentan atravesar el material.
Pero a medida que se aplica presión, y el material se comprime hacia un estado metálico, los orbitales de los electrones "comienzan a verse, se acercan de inmediato y los pares de electrones comienzan a unirse como uno solo", dice Salamat.
Esto abre más espacio para que los electrones individuales se muevan a través del material, tanto que la resistencia cae drásticamente en 8 órdenes de magnitud, ya que la presión aumenta de 3 gigapascales 435,000 psi a 10 gigapascales. Esto es un relativo "empujar "en comparación con los 182 a 268 gigapascales necesarios para los materiales superconductores.
"Dado el pequeño rango de presión involucrado, una caída en la resistencia de esta magnitud es realmente enorme", dice Dias.
La baja resistencia se mantiene incluso en la fase final, cuando el MnS 2 vuelve a ser un aislante, porque los electrones permanecen en un estado de "giro bajo".
Ciencia de materiales básicos, futuros avances tecnológicos
Como suele ocurrir con los nuevos descubrimientos en la ciencia básica, las posibles aplicaciones aún no se han explorado.
Sin embargo, dice Salamat, es probable que sea útil un metal de transición que, con una cantidad relativamente pequeña de tensión, puede saltar de un estado a otro, no menos a temperatura ambiente.
"Podría imaginarse tener un interruptor lógico o un disco duro de escritura, donde una permutación muy, muy pequeña en la tensión o el voltaje podría hacer que algo salte de un estado electrónico a otro. Las nuevas versiones de memoria flash, o memoria de estado sólido, podrían permutary adoptar un nuevo enfoque utilizando este tipo de materiales ", dice Salamat.
"Puede hacer maniobras bastante agresivas para impulsar estos materiales a 300 kelvin, lo que los hace potencialmente útiles para la tecnología".
El autor principal Dylan Durkee, ex investigador de pregrado en el laboratorio de Salamat, ahora trabaja como estudiante de posgrado con Dias. Otros coautores incluyen a Nathan Dasenbrock-Gammon y Elliot Snider en Rochester; Keith Lawler, Alexander Smith y Christian Childs en UNLV; Dean Smith en el Laboratorio Nacional Argonne y Simon AJ Kinder en la Universidad de Bourgogne.
La Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía apoyaron la investigación con fondos. El Instituto Nacional de Supercomputación de la UNLV proporcionó recursos computacionales y partes del trabajo se realizaron en el Laboratorio Nacional Argonne y la Universidad de Borgoña.
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