Algunos cristales orgánicos saltan cuando se calientan. Esto sucede debido a un cambio extremadamente rápido en su estructura cristalina. En el diario Angewandte Chemie , Los científicos ahora han demostrado que los cristales envían señales acústicas durante este proceso, lo que puede resultar útil para analizar las características de este fenómeno. Los investigadores demostraron que este proceso es análogo a las transiciones martensíticas observadas en el acero y algunas aleaciones.

La martensita es una forma de acero que se obtiene apagando la austenita, y da su nombre a un tipo particular de transición de fase. El rápido enfriamiento de la austenita no permite que los átomos adopten su estructura preferida a la temperatura más baja. En lugar de, se mueven al unísono para formar la celosía de martensita. En cristales saltarines, un gran número de átomos también cambian sus posiciones reticulares en concierto. La alta velocidad de este fenómeno y el hecho de que los cristales a menudo explotan han hecho imposible previamente probar esta teoría. entender los detalles, y hacer uso de este efecto termosaliente, como se le conoce. La capacidad de los cristales saltarines para transformar muy rápidamente el calor en movimiento o trabajo es potencialmente útil para el desarrollo de músculos artificiales o brazos robóticos a microescala.

Partiendo de la suposición de que la liberación repentina de la tensión elástica acumulada en los cristales que saltan da como resultado ondas acústicas relativamente fuertes, similar a las ondas sísmicas de un terremoto, el equipo de la Universidad de Nueva York en Abu Dhabi, el Sincrotrón de Electrones Alemán (DESY) en Hamburgo, y el Instituto Max Planck de Investigación del Estado Sólido de Stuttgart se puso manos a la obra. Dirigido por Panče Naumov, los investigadores optaron por estudiar los cristales del aminoácido vegetal ácido L-piroglutámico (L-PGA). Estos cristales saltarines cambian su estructura cristalina cuando se calientan entre 65 y 67 ° C; vuelven a su estructura inicial al enfriarse entre 55,6 y 53,8 ° C, como lo demuestra la cristalografía de rayos X con radiación de sincrotrón.

Como se postula, los cristales emiten claras señales acústicas durante la transición. Estas señales se pueden registrar con un sensor piezoeléctrico. El número, amplitud, frecuencia, y la forma de las señales dio a los investigadores información sobre la dinámica y el mecanismo del efecto. La intensidad y la energía de la onda acústica inicial fueron significativamente más altas y el tiempo de subida más corto que para las ondas posteriores. La razón de esto es la propagación más eficiente de la onda elástica a través del medio libre de defectos al comienzo de la transición de fase. A medida que avanza la transición, aumenta el número de microfisuras, lo que disminuye la tensión elástica.

El límite de fase entre las diferentes estructuras cristalinas progresa a 2.8 m / s en L-PGA, que es varios miles de veces más rápido que otras transiciones de fase. Sin embargo, las dos estructuras cristalinas son más similares entre sí de lo esperado. La transición implica expansiones en dos dimensiones y una contracción en la tercera, todo en el rango de solo 0.5-1.7 por ciento.

"Nuestro estudio muestra que los cristales saltarines son una clase de materiales análogos a la martensita inorgánica, y esto podría ser de gran importancia para aplicaciones como la electrónica totalmente orgánica ", dice Naumov." Las técnicas de emisión acústica finalmente brindan información directa sobre estas rápidas transiciones. Nuestros resultados indican que la materia orgánica, que normalmente se percibe como blanda y quebradiza, y materiales mucho más duros, como los metales y las aleaciones metálicas, al menos a nivel molecular, no tan diferente. La investigación sobre el estado sólido orgánico podría permitirnos comprender mejor los efectos macroscópicos relacionados ".