Ahora, un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía y de la Universidad de Stanford ha utilizado una potente técnica de dispersión de rayos X para sondear la estructura atómica del dióxido de vanadio durante esta transición. Sus hallazgos, publicados en Nature Materials, revelan una nueva comprensión de cómo los átomos del material se reorganizan cuando cambia de estado y podrían ayudar a los científicos a diseñar materiales con propiedades similares para aplicaciones específicas.
"El dióxido de vanadio es un material interesante debido a su potencial para aplicaciones, pero su comportamiento ha sido un enigma", dijo la científica del SLAC Giulia Mancini, quien dirigió el estudio. "Queríamos entender por qué cambia de metal a aislante y cuáles son los mecanismos atómicos detrás de ese cambio".
Cuando se calienta por encima de cierta temperatura, el dióxido de vanadio sufre una transformación estructural en la que los átomos de su red cristalina se reorganizan repentinamente. Este cambio hace que el material pierda sus propiedades metálicas y se convierta en aislante, es decir, que deje de conducir bien la electricidad.
Los investigadores utilizaron la fuente de luz coherente Linac (LCLS) de SLAC, un láser de electrones libres que produce pulsos de rayos X extremadamente intensos, para estudiar la estructura atómica del dióxido de vanadio a medida que experimenta esta transición. Al disparar estos pulsos a muestras del material, pudieron capturar instantáneas de las posiciones atómicas con un detalle sin precedentes.
Sus resultados mostraron que la reordenación implica un cambio sutil en la inclinación de los octaedros de vanadio-oxígeno, que son los componentes básicos de la red cristalina. Este pequeño ajuste provoca un cambio en las propiedades electrónicas del material, lo que lleva al cambio de metal a aislante.
"Para nuestra sorpresa, observamos una nueva fase intermedia en la transición del material", dijo el autor principal Yixi Xu, investigador postdoctoral en Stanford. "Esta fase podría ser un factor clave para comprender la física subyacente y podría ayudarnos a diseñar materiales que exhiban transformaciones reversibles similares para aplicaciones tecnológicas".
El equipo de investigación planea investigar más a fondo esta fase intermedia y explorar cómo podría controlarse y utilizarse en futuros materiales para dispositivos electrónicos.
El estudio fue financiado por la Oficina de Ciencias del DOE, el Fondo LCLS de SLAC y la Fundación Nacional de Ciencias.
