تغییر ساختار الکترونیکی فلزات با استرس و فشار

به گزارش خبرنگار علم و فناوری آنا، نتایج یک مطالعه جدید برای نخستین بار و به صورت عملی نشان می‌دهد که خواص الکترونیکی و مکانیکی یک فلز به هم مرتبط هستند.

پیش از این از نظر تئوری مشخص شده بود که بین ساختار الکتریکی و مکانیکی فلزات، نوعی ارتباط وجود دارد، اما نوع و چگونگی این ارتباط شناسایی نشده بود.

در این پژوهش، کلیفورد هیکس (Clifford Hicks) محقق حوزه فیزیک مواد متراکم به بررسی تاثیر و تاثیرات متقابل خواص فیزیکی و الکرونیکی فلزات پرداخت.

وی در این رابطه می‌گوید: خواص مکانیکی معمولاً بر حسب پیوند بین اتم‌ها توصیف می‌شود در حالی که خواص الکترونیکی فلزات توسط حالت‌هایی توصیف می‌شود که در بسیاری از اتم‌ها گسترش پیدا می‌کند.

شبکه اتمی یک فلز و خواص مکانیکی آن در مطالعه این مواد اهمیت زیادی دارد و به همین دلیل تیمی مشترک از محققان دانشگاه بیرمنگام و موسسه فیزیک شیمیایی جامدات ماکس پلانک، آزمایشاتی را بر روی فلز ابررسانای استرانسیوم روتنات (Sr۲RuO۴) انجام دادند.

محققان با اندازه گیری تغییرات شبکه به عنوان تابعی از تنش اعمالی، دریافتند که وقتی این فلز حدود ۰.۵ درصد فشرده می‌شود، اندازه گیری سفتی مکانیکی که به عنوان مدول یانگ شناخته می‌شود، حدود ۱۰ درصد کاهش می‌یابد و پس از آن وقتی که بیشتر فشرده می‌شود می‌تواند حدود ۲۰ درصد افزایش را تجربه کرده و این تغییر از نظر علمی مربوط به اشغال شدن مجموعه جدیدی از حالات الکترونیکی است.

هیکس در ادامه توضیحاتش افزود: در حالی که اندازه گیری روابط تنش - کرنش در مهندسی مکانیک کاملاً استاندارد است، اما این حوزه تاکنون برای مطالعه خواص الکترونیکی انجام نشده است. عدم وجود اطلاعات در رابطه با حوزه فوق، به این دلیل است که فلزاتی که خواص الکترونیکی جالبی دارند تمایل به شکننده بودن داشته و همین مساله باعث می‌شود اعمال نیرو‌های زیاد روی آن‌ها سخت باشد.

برای غلبه بر این موانع، دانشمندان مجبور شدند ابزار دقیق جدیدی بسازند که بتواند نمونه‌های کوچک و ظریف را اندازه گیری و دما‌های برودتی را کنترل کند، زیرا اندازه گیری‌های الکترونیکی در دما‌های پایین‌تر دقیق‌تر هستند.

باید توجه داشت ساخت این ابزار‌ها کار آسانی نبوده و حدود ۵ سال زمان برد. اکنون دانشمندان مشتاق هستند اندازه گیری‌های مشابهی را روی فلزات دیگر انجام دهند.

شرح کامل این مطالعات در آخرین شماره مجله تخصصی Science منتشر شده است.