发现用于开发混合材料的新量子相

科学家发现，在巴1-x锶x铝2O4，在AlO中形成高度无序的原子排列4在结构量子临界点附近的化学成分处形成网络，从而产生晶体和非晶材料的特性。来源：Yui Ishii，大阪都立大学

如果你曾经看过水冻结成冰，你就目睹了物理学家所说的“相变”。大阪都立大学的科学家们发现了一种前所未有的相变，在此期间，晶体在保持其晶体特性的同时实现了无定形特征。

他们的发现有助于开发用于恶劣环境（如外层空间）的混合材料。研究结果发表在《物理评论B》上。

晶体固体表现出的典型相变涉及晶体结构的变化。这种结构相变通常发生在有限的温度下。然而，控制晶体的化学成分可以将转变温度降低到绝对零度（-273 C）。绝对零度处的跃迁点称为结构量子临界点。

在介电化合物镓中1-x锶x铝2O4，结构相变由声学软模式驱动，其原子振动模式与声波相似。该化合物包含 AlO4四面体网络和Ba/Sr原子。

由大阪市立大学研究生院工学研究科的石井唯副教授领导的研究小组发现，在AlO中形成了高度无序的原子排列。4在结构量子临界点附近的化学成分处形成网络，从而产生晶体和非晶材料的特性。

八1-x锶x铝2O4是结晶固体。然而，研究人员发现，在比结构量子临界点更高的Sr浓度下，Ba1-x锶x铝2O4表现出非晶材料的热特性，即与玻璃材料（例如石英玻璃）相当的低导热系数。他们观察到，原子结构的一部分由于不连贯停止的声学软模式而失去了周期性。结果，实现了玻璃状Al-O网络和周期性Ba排列的组合。

研究小组是第一个发现的这种混合状态，可以通过均匀混合原材料并加热它们来创造。

石井教授总结说：“原则上，这项研究中揭示的现象可能发生在表现出声学软模式的材料中。将这种技术应用于各种材料可能会帮助我们创建混合材料，将晶体的物理性质（如光学特性和导电性）与非晶材料的低导热性相结合。此外，晶体的高耐热性可用于开发可用于恶劣环境的绝缘材料，例如外层空间。

更多信息：Y. Ishii等人，与铁电软模相关的结构量子临界点平移对称性的部分分解，物理评论B（2022）。DOI： 10.1103/PhysRevB.106.134111

期刊信息：物理评论B