Nói đùa phân tử có thể giải thích tại sao một số chất rắn co lại khi đun nóng

Khi mọi thứ nóng lên, hầu hết các chất rắn mở rộng khi nhiệt độ cao hơn khiến các nguyên tử rung động mạnh hơn, đòi hỏi nhiều không gian hơn. Nhưng một số tinh thể rắn, như scandium fluoride, co lại khi bị nung nóng - một hiện tượng gọi là sự giãn nở nhiệt âm.

Bây giờ, bằng cách đo khoảng cách giữa các nguyên tử trong tinh thể florua scandium, các nhà khoa học nghĩ rằng họ đã tìm ra cách thức co rút đó xảy ra. Trong khi các liên kết giữa scandium và flo vẫn cố định khi được nung nóng, các nguyên tử flo trong tinh thể có thể tự do ngọ nguậy một chút. Các nhà nghiên cứu báo cáo trực tuyến ngày 1 tháng 11 trên tạp chí Khoa học.

Jason Hancock, nhà vật lý tại Đại học Connecticut ở Storrs, một trong những thách thức lớn nhất trong lĩnh vực của chúng tôi là phải trả lời các câu hỏi về chất rắn có cấu trúc tương tự như scandium fluoride, Jason Hancock, nhà vật lý tại Đại học Connecticut ở Storrs, người không tham gia nghiên cứu cho biết. Giải quyết bí ẩn về sự giãn nở nhiệt âm trong scandium fluoride có thể giúp các nhà vật lý hiểu thêm về các vật liệu tương tự, chẳng hạn như chất siêu dẫn gốc đồng, truyền điện mà không có điện trở nhưng vẫn ở nhiệt độ quá thấp để sử dụng thực tế (SN: 12/8 / 17).

Scandium fluoride, là vật liệu đơn giản nhất mà hiện tượng này có đầy đủ sức mạnh và điều đó cho phép chúng ta giải quyết những gì đang xảy ra. co lại có lẽ là tương tự trong các vật liệu khác, Zaliznyak nói.

Nhóm nghiên cứu đã tìm ra cơ chế sử dụng một kỹ thuật gọi là nhiễu xạ neutron toàn phần. Các nhà nghiên cứu đã bắn phá scandium fluoride bằng một chùm neutron và ghi lại cách các hạt hạ nguyên tử bật ra khỏi các tinh thể ở nhiệt độ lên tới 1.100 kelvins (khoảng 827 ° C). Bằng cách phân tích các kiểu tán xạ, các nhà khoa học đã tính toán khoảng cách có thể có giữa các cặp nguyên tử.

Khoảng cách giữa các nguyên tử scandium và flo gần như giống nhau khi được nung nóng, ngụ ý rằng liên kết hóa học giữa hai nguyên tử này cứng nhắc. Điều tương tự cũng đúng với khoảng cách giữa các nguyên tử scandium riêng lẻ. Nhưng có một khoảng cách rất lớn giữa các nguyên tử flo, cho thấy vị trí của chúng trong mạng tinh thể nguyên tử tinh thể linh hoạt hơn. Sự kết hợp giữa khoảng cách cố định và thay đổi giữa các nguyên tử, các nhà nghiên cứu cho biết, giữ cho tinh thể gần như hình khối của nó trong khi cho phép các mặt của nó khóa và nén.