خواص غیر معمول یک کریستال بر پایه روتنیم

آزمایش‌ها بر روی ماده‌ای بر پایه‌ی روتنیم، یک الگوریتم ترتیب الکترونیکی را نشان می‌دهد که منجر به رفتار ماکروسکوپی شگفت‌آوری می‌شود.

بلورهای حاوی اتم‌های روتنیم اغلب خواص متمایزی از خود نشان می‌دهند که از حالت‌های برانگیخته‌ی الکترونی روتنیم به ‌وجود می‌آیند. در این حالات، الکترون‌ها به دور از هسته قرار می‌گیرند، که به آن‌ها این اجازه را می‌دهد که با اسپین‌های خود و با الکترون‌های همسایه به روش‌های غیر منتظره‌ای برهم کنش کنند. در حال حاضر Je-Geun Park از دانشگاه ملی سئول در کره جنوبی و همکاران او، کریستال Na_۲.۷Ru_۴O_۹ مبتنی بر رونتیم را مطالعه کرده و دریافتند که الکترون‌های آن خود را به صورت یک الگوی غیر عادی مرتب می‌کنند که بر خواص جمعی مواد مانند مقاومت ویژه ‌آن‌ها تاثیر می‌گذارد.

این گروه با استفاده از شکست اشعه ایکس متوجه شد که اتم‌های اکسیژن و روتنیم تونل‌هایی می سازند که در داخل آن‌ها سدیم قرار گرفته است. اتم‌های روتنیم خود را به صورت یک الگوی متناوب از حالت‌های یونیزه  سه گانه و چهارگانه سازمان می‌دهند، به صورتی که دیواره‌های داخلی و خارجی تونل با اکسیژن پوشانده شده است. برخلاف سایر کریستال‌ها که چنین الگوی بار متناوبی را نشان می‌دهند، که معمولا عایق هم هستند، Na_۲.۷Ru_۴O_۹ ویژگی فلزات را دارد.

این تیم همچنین به بررسی این مسئله پرداخت که چگونه ساختار میکروسکوپی کریستال‌ها  به خواص جمعی آن‌ها مربوط می‌شود. به عنوان مثال، آن‌ها دریافتند که مقاومت الکتریکی در ۳۶۵ درجه کلوین، یک گذار فاز نشان می دهد، که آن را به اعوجاج در ساختار روتنیم – اکسیژن نسبت می‌دهند. در دمای بحرانی، پیوند بین روتنیم و اکسیژن به اندازه‌ای که به حالت چرخشی اتم‌های روتنیم بستگی دارد، کوتاه می شود. بر اساس مطالعات انجام شده در مورد خواص بنیادی این کریستال، محققان بر این باورند که ساختار تونل با اتم های سدیم محصور،  Na_۲.۷Ru_۴O_۹  را یک ماده جذاب برای رایانه‌های کوانتومی یونی و باتری های مبتنی بر سدیم، می‌سازد که می‌توانند نسبت به همتایان مبتنی بر سرب خود، کمتر سمی باشد.

این تحقیق در  Physical Review B منتشر شده است.