Bajo presión, el compuesto ‘blando’ reacciona de manera maravillosa

2 ) iones moleculares (Fig. 8s) de izquierda a derecha hasta que la superposición sea lo suficientemente grande como para convertirlo en el sistema metálico. Crédito: Dean Smith, Laboratorio Nacional Argonne “ancho =” 800 “alto =” 480 “.”/>

A medida que se presiona un complejo de sulfuro de manganeso en una celda de yunque de diamante, sufre transformaciones dramáticas. En esta ilustración, la interacción entre los iones atómicos de manganeso (Mn) (círculos púrpuras) y disulfuro (S)2) Los iones moleculares (Fig. 8s) aumentan de izquierda a derecha hasta que la superposición se vuelve lo suficientemente grande como para hacer que el sistema sea metálico. Crédito: Dean Smith, Laboratorio Nacional Argonne

Suceden cosas sorprendentes cuando está presente el compuesto “blando” de manganeso y sulfuro (MnS.)2) se comprime en un yunque de diamante, dicen investigadores de la Universidad de Rochester y la Universidad de Nevada, Las Vegas (UNLV).


“Este es un nuevo tipo de mecanismo de transferencia de carga, y desde el punto de vista de la comunidad científica, esto es muy emocionante. Estamos mostrando cambios físicos notables en un rango muy, muy corto de parámetros, en este caso Presióndice Ashkan Salamat, profesor asociado de física en UNLV.

Por ejemplo, al aumentar la presión, MnS2, aislante blando, se mueve a Estuche de metal Luego, al aislador nuevamente, los investigadores describen en un artículo marcado como la elección de un editor en mensajes de revisión física.

“Los metales generalmente siguen siendo metales; es muy poco probable que se vuelvan a convertir en aislantes”, dice Ranga Dias, profesor asociado de ingeniería mecánica, física y astronomía en Rochester. “El hecho de que este material pase del aislante al metal y de regreso al aislante es extremadamente raro”.

Además, las transiciones van acompañadas de una disminución sin precedentes en la resistencia y el volumen en un rango muy estrecho de cambio de presión, todo lo que ocurre a aproximadamente 80 grados Fahrenheit. Salamat dice que la temperatura relativamente baja aumenta las posibilidades de aprovechar la eventual transición del metal a la tecnología.

En trabajos anteriores en naturaleza Y mensajes de revisión físicaLa colaboración de Dias y Salamat estableció nuevos estándares para lograr la superconductividad a temperatura ambiente. El denominador común de su trabajo es explorar las formas “notablemente extrañas” en las que los metales y otros materiales se comportan cuando se combinan con sulfuros y luego se comprimen en un yunque de celda de diamante.

“Los nuevos fenómenos que estamos informando son un excelente ejemplo de respuestas bajo presión alta– y encontrará un lugar en los libros de texto de física, dice Salamat. “Hay algo muy interesante sobre cómo se comporta el azufre cuando se une con otros elementos. Y eso ha llevado a algunos avances muy interesantes”.

Los logros del laboratorio de Dias han incluido la presión en picolitros del material, el tamaño de una sola partícula de inyección de tinta.

La rotación y la presión son la base de la transformación dramática de los metales.

Detrás de las transformaciones descritas en este artículo está la forma en que se estados de rotación Dias y Salamat muestran que el (momento angular) de los electrones individuales interactúa con la aplicación de presión.

Bajo presión, el compuesto reacciona

Pueden suceder cosas extrañas cuando se presionan metales de transición y otros materiales en un yunque de diamante. Aquí, Ranga Dias sostiene un grupo que contiene celdas de yunque de diamante. Crédito: Universidad de Rochester / J. Adam Finster

Cuando MnS2 Los electrones están en su estado aislante normal, y los electrones están esencialmente en orbitales de “alto giro” no apareados, lo que hace que los átomos reboten activamente hacia adelante y hacia atrás. Esto da como resultado que el material tenga una mayor resistencia a la carga eléctrica porque hay menos cantidad Espacio vacio Para electrones individuales 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 e inmediatamente se acercan entre sí, y los pares de electrones comienzan a unirse como uno”, 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, con una presión que aumenta de 3 gigapascales (435.000 psi) a 10 gigapascales. Este es un “empujón” relativo en comparación con los 182 a 268 GPa necesarios para los materiales superconductores.

“Dado el pequeño rango de presión involucrado, una caída de resistencia de esa magnitud es realmente masiva”, dice Dias.

La baja resistencia se mantiene incluso en la etapa final, cuando MnS2 Vuelve a ser un aislante, porque los electrones permanecen en un estado de “giro bajo”.

Ciencia de materiales básicos, progreso tecnológico futuro

Como suele suceder con los nuevos descubrimientos en ciencia básica, las posibles aplicaciones aún no se han explorado.

Sin embargo, dice Salamat, es probable que el metal de transición, con una cantidad relativamente pequeña de estrés, salte de un estado a otro, al menos a temperatura ambiente, sea beneficioso.

“Puede imaginarse tener un interruptor lógico o escribir un disco duro, donde un cambio muy, muy pequeño en la presión o el voltaje puede hacer que algo pase de un estado electrónico a otro. Las versiones más nuevas de la memoria flash, o la memoria de estado sólido, pueden cambiar y adoptar un nuevo enfoque utilizando este tipo de materiales ”, dice Salamat.

Puedes hacer maniobras muy agresivas para empujar este material hasta los 300 K, lo que lo hace útil para la tecnología.

El autor principal Dylan Dorky, ex investigador de pregrado en el laboratorio de Salamat, es ahora un estudiante de posgrado con Dias. Otros coautores incluyen a Nathan Dusenbrook Jamon y Elliot Snyder en Rochester. Keith Lawler, Alexander Smith y Christian Childs en UNLV; Dean Smith en el Laboratorio Nacional Argonne y Simon A. J. Kinder en la Universidad de Bourgogne.


Los investigadores fabrican un material superconductor a temperatura ambiente


más información:
Dylan Durkee et al, Respuesta de impedancia masiva impulsada por densidad en un aislante de transferencia de carga negativa MnS2Y mensajes de revisión física (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.016401

Introducción de
Universidad de Rochester

La frase: Bajo estrés, el compuesto ‘blando’ reacciona de manera notable (2021, 27 de julio). Recuperado el 27 de julio de 2021 de https://phys.org/news/2021-07-pressure-squishy-compound-reacts-remarkable. Html

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