Moleküller Sallanma Bazı Katıların Isıtıldığında Neden Büzüldüğünü Açıklayabilir
Fotoğraf : Skandiyum florür kristali içinde, skandiyum atomları (yukarıda yeşil ile gösterilmiştir) ve flor (mavi) arasındaki mesafe daha yüksek sıcaklıklarda hemen hemen aynı kalır. Ancak flor atomları, birbirlerine yaklaşıp birbirlerinden uzaklaşarak kristalin büzülmesine neden olur.
Atomların hareketindeki bir sabitlik ve esneklik karışımı çökmeye neden olabilir.
Bir şeyler ısındığında, daha yüksek sıcaklıklar atomların önemli ölçüde titreşmesine neden olarak daha fazla alan gerektirdiğinden çoğu katılarda olduğu gibi genişler. Ancak skandiyum florür gibi bazı katı kristaller negatif termal genleşme denilen bir fenomen yüzünden ısıtıldığında büzülür.
Şimdi bilim insanları, skandiyum florür kristallerinde atomlar arasındaki mesafeleri ölçerek bu büzülmenin nasıl olduğunu çözdüklerini düşünüyorlar. Skandiyum ve flor arasındaki bağlar ısıtıldığında sabit kalırken, kristalin içindeki flor atomları bir miktar etrafta dolaşmakta serbesttir. Araştırmacılar 1 Kasım’da Scientific Advances dergisinde, bu sertlik ve esnekliğin karışımının kristalin yanlarının bükülmesine neden olduğunu belirtti.
Çalışmaya dahil olmayan Connecticut Üniversitesi’nden fizikçi Jason Hancock, “Alanımızdaki en büyük zorluklardan bazıları skandiyum florür yapısına benzer katı maddeler hakkındaki soruları cevaplamakla ilgili.” diye belirtiyor. Skandiyum florürürdeki negatif termal genleşme gizeminin çözülmesi, fizikçilerin, dirençsiz fakat yine de pratik kullanım için çok düşük sıcaklıklarda elektrik ileten bakır bazlı süper iletkenler gibi benzer malzemeler hakkında daha fazla bilgi edinmelerine yardımcı olabilir.
New York, Upton’daki Brookhaven Ulusal Laboratuarı’ndan bir fizikçi olan Igor Zaliznyak, “Skandiyum florür, bu fenomenin tam güçle var olduğu ve gerçekte olanları çözmemize izin veren en basit malzemedir.” diye belirtiyor. Zaliznyak, skandiyum florürün büzülmesine izin veren moleküler sallanmanın diğer malzemelerde de muhtemelen benzer olduğunu söylüyor.
Ekip, toplam nötron kırınımı adı verilen bir teknik kullanarak mekanizmayı çözdü. Araştırmacılar, bir nötron demeti ile skandiyum florürü bombaladı ve atom altı parçacıkların 1.100 Kelvin’e (yaklaşık 827° santigrat derece) kadar olan sıcaklıklarda kristallerden nasıl sıçradığını kaydetti. Bilim insanları, saçılma düzenlerini analiz ederek atom çiftleri arasındaki muhtemel mesafeleri hesapladılar.
Skandiyum ve flor atomları arasındaki mesafe, ısıtıldığında kabaca aynıydı; bu, ikisi arasındaki kimyasal bağın sabit olduğu anlamına gelir. Aynı durumun her bir skandiyum atomları arasındaki boşluk için de geçerli olduğu doğrulandı. Ancak, kristal atomunun kafeslerinde konumlarının daha esnek olduğunu gösteren flor atomları arasında çok çeşitli mesafeler vardı. Araştırmacılar, atomlar arasındaki sabit ve değişken mesafelerin bu kombinasyonunun, yanlarının bükülmesine ve sıkışmasına izin verirken kristali kabaca kendi kübik şeklinde tuttuğunu söylüyorlar.
Fotoğraf : Skandiyum florür ısındığında skandiyum (yeşil) ve flor (mavi) atomlarının nasıl hareket ettiği görülmektedir. Flor atomlarının nispeten aşırı hareketi, kristalin büzülmesine neden olarak bükülmeye yol açar.
Kaynak : sciencenews.org
