Fysikere løser det mangeårige mysterium om strukturløs overgang

Nagoya-universitetet ledet af fysikere bruger en røntgenkilde af synkrotronstråling til at undersøge en såkaldt "strukturløs" overgang og udvikle en ny forståelse af molekylære ledere.

Vi forbinder normalt ledning af elektricitet med metaller. Imidlertid, nogle af de højt målte ledningsevner findes i visse organiske molekylære krystaller. Metallisk, halvledende og endda superledende egenskaber kan opnås i disse materialer, som har interesseret forskere i årtier. Ændring af temperatur eller tryk forårsager faseovergange i krystalstrukturen af ​​molekylære ledere og deres relaterede ledningsegenskaber. Forskere kan normalt bestemme krystalstrukturen ved hjælp af røntgendiffraktion. Imidlertid, strukturændring ledsagende faseovergang i en bestemt organisk krystal (TMTTF) 2PF6 har trodset undersøgelse i næsten 40 år.

Nu, et forskerhold ved Nagoya University har endelig forklaret de mystiske strukturændringer i denne faseovergang og den tilhørende elektroniske adfærd.

"Forskere har sat spørgsmålstegn ved, at TMTTF (tetramethyltetrathiafulvalene) saltet viser en ladning disproportioneret overgang ved 67 Kelvin, men ingen relevante ændringer i dets krystalstruktur. Denne overgang er et mangeårigt mysterium kendt som en 'strukturløs overgang', "forklarer hovedforfatter Shunsuke Kitou.

TMTTF er en organisk donor, der også findes i nogle organiske superledere. Lige over den temperatur, hvor flydende nitrogen fryser, denne organiske krystal opfører sig som en isolator. Men når temperaturen sænkes, går den gennem elektroniske og magnetiske ændringer.

Indtil nu var disse strukturelle ændringer for små til at måle direkte. Brug af røntgenkilden ved SPring8, i Hyogo Japan, teamet kunne præcist bestemme krystalstrukturen på hvert trin. Den strukturløse overgang involverer dannelsen af ​​en todimensionel Wigner-krystal, baseret på en ændring i fordelingsmønsteret for elektroner i strukturen.

"Vi har præcist karakteriseret de subtile strukturelle ændringer på tværs af denne overgang og til sidst givet en komplet fysisk forklaring på den tilsyneladende uforanderlige struktur af denne organiske leder, "siger gruppeleder Hiroshi Sawa." Nøjagtige krystallografiske data mangler stadig for mange organiske ledere, og vi håber, at vores fund vil inspirere andre grupper til at se nærmere på disse systemer. En bedre forståelse af deres komplekse adfærd kan bane vejen til en række nye funktionelle elektroniske materialer. "