Al utilizar una técnica de rayos X disponible en la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón II NSLS-II, los científicos descubrieron que la transición del aislante metálico en la magnetita material correlacionada es un proceso de dos pasos. Los investigadores de la Universidad de CaliforniaDavis publicó su artículo en la revista Cartas de revisión física . NSLS-II, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE ubicada en el Laboratorio Nacional Brookhaven, tiene características únicas que permiten que la técnica se aplique con estabilidad y control durante largos períodos de tiempo.
"Los materiales correlacionados tienen interesantes propiedades electrónicas, magnéticas y estructurales, y tratamos de entender cómo cambian esas propiedades cuando su temperatura cambia o bajo la aplicación de pulsos de luz o un campo eléctrico", dijo Roopali Kukreja, profesor de UC Davisy el autor principal del artículo. Una de esas propiedades es la conductividad eléctrica, que determina si un material es metálico o un aislante.
Si un material es un buen conductor de electricidad, generalmente es metálico, y si no lo es, entonces se lo conoce como aislante. En el caso de la magnetita, la temperatura puede cambiar si el material es conductor o aislante.En el estudio publicado, el objetivo de los investigadores era ver cómo la magnetita cambiaba de aislante a metálico a nivel atómico a medida que se calentaba.
En cualquier material, hay una disposición específica de electrones dentro de cada uno de sus miles de millones de átomos. Este orden de electrones es importante porque dicta las propiedades de un material, por ejemplo, su conductividad. Para comprender la transición metal-aislante de la magnetita, ellos investigadores necesitaban una forma de observar cómo cambiaba la disposición de los electrones en el material con la alteración de la temperatura.
"Esta disposición electrónica está relacionada con la razón por la cual creemos que la magnetita se convierte en un aislante", dijo Kukreja. Sin embargo, estudiar esta disposición y cómo cambia bajo diferentes condiciones requirió que los científicos pudieran ver la magnetita a una escala súper pequeña.
La técnica, conocida como espectroscopía de correlación de fotones de rayos X XPCS, disponible en la línea de haz de dispersión de rayos X suave coherente CSX de NSLS-II, permitió a los investigadores observar cómo cambiaba el material en la nanoescala, en elorden de billonésimas de metro.
"CSX está diseñado para una dispersión coherente de rayos X suaves. Esto significa que la línea de haz explota nuestra fuente de rayos X ultrabrillante, estable y coherente para analizar cómo cambia la disposición del electrón con el tiempo", explicó Andi Barbour, un científico de CSX quees coautor del artículo: "La excelente estabilidad permite a los investigadores investigar pequeñas variaciones a lo largo de las horas para que se pueda revelar el comportamiento intrínseco de los electrones en los materiales".
Sin embargo, esto no es directamente visible, por lo que XPCS utiliza un truco para revelar la información.
"La técnica XPCS es un método de dispersión coherente capaz de sondear la dinámica en un sistema de materia condensada. Se genera un patrón moteado cuando se dispersa un haz de rayos X coherente de una muestra, como una huella digital de su falta de homogeneidad en el espacio real".dijo Wen Hu, científico de CSX y coautor del artículo.
Los científicos pueden aplicar diferentes condiciones a su material y si el patrón de manchas cambia, significa que el orden de los electrones en la muestra está cambiando. "Esencialmente, XPCS mide cuánto tiempo tarda la intensidad de una mota en ser muy diferente del promediointensidad, que se conoce como decorrelación ", dijo Claudio Mazzoli, el científico líder de la línea de luz en la línea de luz CSX." Teniendo en cuenta muchas motas a la vez, el tiempo de decorelación del conjunto es la firma de la escala de tiempo dinámica para una condición de muestra dada ".
La técnica reveló que la transición metal-aislante no es un proceso de un solo paso, como se pensaba anteriormente, sino que en realidad ocurre en dos pasos.
"Lo que esperábamos era que las cosas fueran cada vez más rápido durante el calentamiento. Lo que vimos fue que las cosas se vuelven cada vez más rápidas y luego se desaceleran. Entonces, la fase rápida es un paso y el segundo paso es la desaceleración,y eso tiene que suceder antes de que el material se vuelva metálico ", dijo Kukreja. Los científicos sospechan que la desaceleración ocurre porque, durante el cambio de fase, las propiedades metálicas y aislantes realmente existen al mismo tiempo en el material.
"Este estudio muestra que estas escalas de longitud nanométrica son realmente importantes para estos materiales", dijo Kukreja. "No podemos acceder a esta información y estos parámetros experimentales en ningún otro lugar que no sea la línea de luz CSX de NSLS-II".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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