Usædvanlig elektrondeling fundet i køligt krystal

Et team af forskere ledet af Nagoya University i Japan har opdaget en højst usædvanlig atomkonfiguration i et wolfram-baseret materiale. Indtil nu, atomkonfigurationen var kun blevet set i trihydrogen, en ion, der findes mellem stjernesystemer i rummet. Fundene, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , tyder på, at yderligere undersøgelser kunne afsløre forbindelser med interessante elektroniske egenskaber.

Atomer, der udgør mennesker og træer og køkkenborde, binder sig generelt sammen ved at dele elektroner - tænk på elektroner som livets atomare lim. Nagoya University anvendte fysiker Yoshihiko Okamoto og kolleger har fundet en meget usædvanlig version af denne lim:et regulært trekantet molekyle blev dannet af tre atomer bundet sammen af ​​to elektroner.

"Denne type binding var kun tidligere blevet set i trihydrogen-ioner fundet i interstellart materiale, "siger Okamoto." Vi var spændte på at se denne konfiguration i en afkølet wolframbaseret krystal. "

De såkaldte tritungsten molekyler blev opdaget i enkeltkrystaller af cæsium wolframoxid (CsW) ₂ O ₆ ) afkølet til under -58°C. CsW ₂ O ₆ leder elektricitet ved stuetemperatur, men ændres til et isolerende materiale, når det afkøles til -58 ° C. Det har været en udfordring at studere, hvordan den atomare struktur af denne type materiale ændrer sig som reaktion på temperaturen. For at overvinde dette, Okamoto og hans kolleger i Japan syntetiserede meget rene enkeltkrystaller af CsW ₂ O ₆ og bombarderede dem med røntgenstråler ved stuetemperatur og -58°C.

Wolframmolekylerne i den ledende krystal danner tredimensionelle netværk af tetraedriske pyramider forbundet i deres hjørner, kendt som en pyrochlorstruktur. Bindingerne mellem molekylerne dannes på grund af en symmetrisk deling af elektroner mellem dem.

Imidlertid, når forbindelsen er afkølet, elektronerne omarrangerer, og to typer wolframatomer dukker op i tetraedrene, hver med en anden "valens, " eller bindingskraft med andre atomer. Dette, på tur, forvrænger længden af ​​wolframbindinger med oxygenatomer i forbindelsen, fører til en mere komprimeret form. Vigtigere, wolframatomer med lavere valens danner små og store trekanter på siderne af wolframtetraederne, med de højst usædvanlige tritungsten-molekyler, der dannes på de små trekanter. De tre wolframatomer, der danner punkterne i disse trekanter, deler kun to elektroner mellem dem for at holde dem bundet sammen.

"Så vidt vi ved, CsW ₂ O ₆ er det eneste eksempel, hvor denne form for bindingsdannelse, hvor flere atomer kun deler nogle få elektroner, fremstår som en faseovergang, " siger Okamoto.

Holdet sigter på yderligere at undersøge forbindelser med pyrochlorstrukturer, med det ultimative mål at opdage materialer med nye og interessante egenskaber.