Наука

Физикам удалось описать процесс создания электронного стекла

26 октября 2017 0

стекло, лист, капли

Источник: pixabay.com 

Японские ученые описали процесс фазовых переходов при охлаждении электронной жидкости в кристалле с двухмерными проводящими слоями. Главное открытие заключается в том, что превращения происходят не только с самим веществом, но и с электронной жидкостью внутри материала. Результаты исследования опубликованы в журнале Science и в пресс-релизе Университета Тохоку.

Как известно еще из школьного курса физики, практически любая жидкость при определенном охлаждении может перейти в кристаллическое или аморфное стеклообразное состояние. Стекло можно назвать определенным промежутком между жидкостью и твердым кристаллом, так как в нем имеются небольшие участки кристаллической структуры. Как правило, такое состояние достигается за счет охлаждения с определенной скоростью.

Похожие процессы происходят и в системе электронов в твердом проводящем веществе. При их обычном количестве они никак не взаимодействуют. Однако если увеличить концентрацию электронов и вместе с этим ограничить их подвижность, то тогда они начинают взаимодействие, итогом которого является образование электронной жидкости. При максимальном ограничении подвижности электронов возможно образование упорядоченных структур, где в местах повышенной концентрации электронов образовываются узлы периодических решеток. Самым распространенным способом образования таких структур является создание двумерных проводящих слоев.

Ход исследования

Именно на двумерных проводящих слоях японские ученые решили проследить процесс изменения структуры упорядоченных электронов при кристаллизации и стекловании материала. Для этого был взят материал, в котором слои органических катионов чередуются с неорганическими анионами. При быстром охлаждении он переходит в аморфную стеклообразную фазу, а при медленном превращается в обычный кристалл со слоистой текстурой.

Для изучения процессов, проходящих с носителями заряда внутри его, ученые изучили упорядоченные зарядовые структуры, которые образовываются при охлаждении, с помощью рентгеновского рассеяния, оптической проводимости и спектроскопии шума сопротивления.

Выяснилось, что свойства электронов начинают взаимодействовать со свойствами кристаллической решетки. Во время медленного охлаждения в электронной жидкости образовывается строго упорядоченная структура областей повышенной концентрации электронов. Во время быстрого охлаждения они формируют стеклообразную фазу и обладают устойчивой аморфной структурой.

Для всех упорядоченных структур электронов существует несколько конфигураций. Наиболее выгодной является та, где все области повышенной электронной плотности выстраиваются по диагонали вдоль определенных линий.

Что даст это открытие?

Исследования изменения доли и расположения упорядоченных областей в стеклообразной фазе во время процесса кристаллизации подтвердили, что все кинетические зависимости аналогичны тем процессам, которые управляют кристаллизацией внутри материала. Это открытие поможет более детально изучить процессы стеклования и кристаллизации органических и гибридных материалов и, следовательно, создавать новые материалы для разных видов промышленности.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Рассказать друзьям

0 Комментариев

Подписаться на рассылку

Комментарии

Войти с помощью 

Присоединяйтесь к нам в социальных сетях

В наших группах вы можете узнать много нового и интересного, а так же - принять участие в опросах и конкурсах

Присоединиться
Присоединиться