Rozwiązano 70-letnią zagadkę

Naukowcy z Florida State University (USA) i Universidad Nacional de Rosario (Argentyna) rozwiązali zagadkę, która zastanawiała chemików przez niemal 70 lat. Co więcej, nie tylko odpowiedzieli na dręczące naukę pytanie, ale również umożliwili w ten sposób zbudowanie doskonalszych laserów i pamięci komputerowych.

Naresh S. Dalal (Floryda), Jorge Lasave, Sergio Koval i Ricardo Migoni z Rosario odpowiedzieli na pytanie, dlaczego kryształy ADP (kwaśny fosforan amonu – NH4H2PO4) zachowują się w sposób nietypowy.

ADP został odkryty w 1938 roku. Szybko zauważono, że ma on, niezrozumiałe przed dziesiątki lat, właściwości elektryczne. Amerykańsko-argentyński zespół wykorzystał superkomputer z Florydy i dzięki jego obliczeniom dowiedział się, co powoduje te niezwykłe właściwości.

ADP jak i wiele innych kryształów, jest materiałem ferroelektrycznym. Materiały takie, podobnie jak magnesy, wykazują spontaniczną polaryzację i charakteryzują się dużą przenikalnością dielektryczną.

Ferroelektryki mogą pozostawać w określonym stanie przez długi czas i utrzymują go nawet po odłączeniu zewnętrznego źródła zasilania. Ta właściwość powoduje, że ADP i podobne materiały są bardzo przydatne podczas przechowywania i transmisji danych. ADP jest szeroko używany do budowy pamięci, w technologiach optycznych, laserach itp. – mówi profesor Dalal.

Jednak tym, co czyni ADP wyjątkowym jest fakt, iż zawsze można w nim znaleźć dodatkową fazę – zwaną antyferroelektryczną. Gdy mamy do czynienia z antyferroelektrycznością, to jedna warstwa molekuł w krysztale wytwarza pole ujemne i dodatnie, a druga warstwa takie same pola, ale ułożone przeciwnie. Taki ‘przekładaniec’ widać w całym krysztale, warstwa po warstwie – mówi Dalal.

Dzięki superkomputerowi akademicy mogli przeprowadzić obliczenia niedostępne w laboratorium. Udało im się, na przykład, teoretycznie zmienić kąt nachylenia jonów amonu i zmierzyć wpływ takiej manipulacji na ładunki elektryczne w krysztale. Odkryliśmy, że pozycja jonów amonu oraz obecność niedoskonałości w strukturze kryształu, decydują o tym, czy zachowuje się on jak ferroelektryk, czy jak antyferroelektryk – dodał profesor Dalal.

Zauważył on, że przeprowadzone badania są ważne z dwóch powodów. Po pierwsze pozwalają na zrozumienie, a co za tym idzie i skonstruowanie, materiałów wykazujących jednocześnie właściwości ferroelektryczne i antyferroelektryczne. To z kolei umożliwi zbudowanie nowych rodzają pamięci i, być może, przyczyni się do rozwoju komputerów kwantowych.

Po drugie, zastosowana metodologia to nowy sposób testowania materiałów. Superkomputery umożliwiają symulowanie eksperymentów, których wykonanie w laboratorium jest niemożliwe.

ADP kwaśny fosforan amonu ferroelektryk antyferroelektryk laser pamięć