Distribución de la densidad electrónica del orbital de frontera de una molécula de TMTTF. Los electrones de los átomos constituyentes de la molécula se pueden considerar como electrones centrales, que no interactúan con el entorno, o electrones de orbitales fronterizos, que determinan muchas propiedades físicas de la molécula. Logramos visualizar la distribución orbital molecular de frontera de un TMTTF mediante un análisis estructural preciso utilizando un método de síntesis de Fourier diferencial central (CDFS). Crédito:Shunsuke Kitou
El equipo de físicos dirigido por la Universidad de Nagoya utiliza una fuente de rayos X de radiación de sincrotrón para sondear la llamada transición "sin estructura" y desarrollar una nueva comprensión de los conductores moleculares.
Normalmente asociamos la conducción de electricidad con los metales. Sin embargo, algunas de las conductividades medidas elevadas se encuentran en ciertos cristales moleculares orgánicos. Metálico, En estos materiales se pueden lograr propiedades semiconductoras e incluso superconductoras, que han interesado a los científicos durante décadas. El cambio de temperatura o presión provoca transiciones de fase en la estructura cristalina de los conductores moleculares y sus propiedades de conducción relacionadas. Los científicos generalmente pueden determinar la estructura cristalina mediante difracción de rayos X. Sin embargo, cambio estructural que acompaña a la transición de fase en un cristal orgánico particular (TMTTF) 2PF6 ha desafiado el examen durante casi 40 años.
Ahora, Un equipo de investigación de la Universidad de Nagoya finalmente ha explicado los misteriosos cambios estructurales de esta transición de fase y su comportamiento electrónico relacionado.
"Los investigadores han cuestionado que la sal de TMTTF (tetrametiltetratiafulvaleno) muestre una transición de desproporción de carga a 67 Kelvin, pero sin cambios relevantes en su estructura cristalina. Esta transición es un misterio de larga data conocido como 'transición sin estructura', "explica el autor principal Shunsuke Kitou.
TMTTF es un donante orgánico que también se encuentra en algunos superconductores orgánicos. Justo por encima de la temperatura a la que se congela el nitrógeno líquido, este cristal orgánico se comporta como aislante. Pero a medida que baja la temperatura, pasa por cambios electrónicos y magnéticos.
Hasta ahora, estos cambios estructurales eran demasiado pequeños para medirlos directamente. Usando la fuente de rayos X en SPring8, en Hyogo, Japón, el equipo pudo determinar con precisión la estructura cristalina en cada etapa. La transición sin estructura implica la formación de un cristal Wigner bidimensional, basado en un cambio en el patrón de distribución de electrones en la estructura.
"Hemos caracterizado con precisión los sutiles cambios estructurales a lo largo de esta transición y finalmente proporcionamos una explicación física completa de la aparente estructura inmutable de este conductor orgánico, ", dice el líder del grupo Hiroshi Sawa." Aún faltan datos cristalográficos precisos para muchos conductores orgánicos y esperamos que nuestros hallazgos inspiren a otros grupos a observar más de cerca estos sistemas. Una mejor comprensión de su complejo comportamiento podría allanar el camino hacia una gama de nuevos materiales electrónicos funcionales ".
