La investigación teórica en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge puede ayudar a explicar los resultados experimentales en dióxido de vanadio, como la formación de canales conductores delgados (vistos en blanco) que pueden aparecer bajo tensión en una muestra de dióxido de vanadio a nanoescala.
(PhysOrg.com) - Un estudio sistemático de los cambios de fase en el dióxido de vanadio ha resuelto un misterio que ha desconcertado a los científicos durante décadas. según investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía.
Los científicos han sabido que el dióxido de vanadio exhibe varias fases competitivas cuando actúa como aislante a temperaturas más bajas. Sin embargo, la naturaleza exacta del comportamiento de las fases no se ha entendido desde que se inició la investigación sobre el dióxido de vanadio a principios de la década de 1960.
Alexander Tselev, un investigador asociado de la Universidad de Tennessee-Knoxville que trabaja con el Centro de Ciencias de Materiales Nanofásicos de ORNL, en colaboración con Igor Luk'yanchuk de la Universidad de Picardía en Francia utilizó una teoría de la física de la materia condensada para explicar los comportamientos de fase observados del dióxido de vanadio, un material de gran interés tecnológico para la óptica y la electrónica.
"Descubrimos que la competencia entre varias fases está impulsada puramente por la simetría de celosía, ", Dijo Tselev." Descubrimos que la red de la fase metálica del óxido de vanadio puede 'plegarse' de diferentes maneras mientras se enfría, así que lo que la gente observó fueron diferentes tipos de plegado ".
El dióxido de vanadio es más conocido en el mundo de los materiales por su rápida y abrupta transición de fase que esencialmente transforma el material de un metal a un aislante. El cambio de fase se produce a unos 68 grados centígrados.
"Estas características de la conductividad eléctrica hacen que el dióxido de vanadio sea un excelente candidato para numerosas aplicaciones en óptica, dispositivos electrónicos y optoelectrónicos, "Dijo Tselev.
Los dispositivos que pueden aprovechar las propiedades inusuales del VO2 incluyen láseres, detectores de movimiento y detectores de presión, que podría beneficiarse de la mayor sensibilidad proporcionada por los cambios de propiedades del dióxido de vanadio. El material ya se utiliza en tecnologías como los sensores infrarrojos.
Los investigadores dijeron que su trabajo teórico podría ayudar a guiar la investigación experimental futura en dióxido de vanadio y, en última instancia, ayudar al desarrollo de nuevas tecnologías basadas en VO. 2 .
"En física, siempre quieres saber cómo funciona el material, "dijo Sergei Kalinin, un científico senior en el CNMS. "La teoría termodinámica le permitirá predecir cómo se comportará el material en diferentes condiciones externas".
Los resultados fueron publicados en la revista American Chemical Society Nano letras . El equipo de investigación también incluyó a Ilia Ivanov, John Budai y Jonathan Tischler en ORNL y Evgheni Strelcov y Andrei Kolmakov en la Universidad del Sur de Illinois.
La investigación teórica del equipo amplía los estudios experimentales previos de ORNL con imágenes de microondas que demostraron cómo la tensión y los cambios en la simetría de la red cristalina pueden producir alambres conductores delgados en muestras de dióxido de vanadio a nanoescala.
