Хидеко Косима, приглашенный профессор Исследовательской организации Васэда в области нано- и жизненных инноваций и ведущий автор этого исследования, говорит: «Механизмы фазового перехода широко используются в материалах памяти, переключателях и срабатываниях, и мы считаем, что это открытие новой фазы переход имеет потенциал как для фундаментальной науки, так и для прикладных областей."
Их исследование было опубликовано в журнале Communications Chemistry 20 февраля 2019 г.
Вызванный внешними стимулами, такими как температура, давление, электромагнитные поля и свет, структурный фазовый переход – это явление, которое изменяет физические свойства и функции твердотельных материалов.
Например, сплавы с памятью формы, которые находят применение в робототехнике, автомобилестроении, аэрокосмической и биомедицинской промышленности, восстанавливают свою форму при нагревании из-за мартенситных переходов. В последние годы органические кристаллы считались «интересными кандидатами» в качестве материалов для приводов следующего поколения из-за их свойств, таких как мягкость и легкий вес.
Перед этим исследованием команда сообщила, что они разработали механический кристалл, который изгибается под воздействием света, а также роботизированный кристалл, который «ходит и катится» при нагревании и охлаждении. Срабатывание этих кристаллов можно соответственно объяснить фотохромной реакцией, известной как фотоизомеризация, и структурным фазовым переходом.
Чтобы разнообразить движение таких кристаллов, ученые искали органические кристаллы, демонстрирующие оба явления.
Найти такой кристалл – непростая задача, требующая проб и ошибок. Однако, когда команда изучала органический кристалл, называемый фотохромным хиральным кристаллом салицилиденамина, они не только обнаружили, что этот кристалл проявляет оба явления, но они также обнаружили новый структурный фазовый переход.
«Мы случайно наткнулись на фото-триггерный фазовый переход фотохромного хирального кристалла салицилиденамина, который демонстрирует термический фазовый переход, обратимый при нагревании и охлаждении», – объясняет профессор Кошима. «При облучении этого кристалла ультрафиолетовым светом при -50 ° C, температуре ниже, чем его температура теплового перехода (40 ° C), мы обнаружили с помощью рентгеноструктурного анализа, что кристалл претерпевает превращение, идентичное превращению теплового фазового перехода."
Команда также узнала, что фото-триггерный фазовый переход происходит из-за деформации молекул, производимых фотоизомеризацией, и Кошима добавляет, что фото-триггерный фазовый переход отличается от фотоиндуцированного фазового перехода, который появлялся в других публикациях.
«Кристаллическая фаза из-за фотоиндуцированного фазового перехода появляется только при облучении светом, которое изменяет электрические и / или магнитные свойства кристаллов в течение фемто- или пикосекунд. При фото-запускаемом фазовом переходе кристаллическая фаза, запускаемая светом, идентична фазе теплового фазового перехода, вызванного нагреванием, но уникальна в отношении своей молекулярной конформации », – говорит она.
Поскольку фото-триггерный фазовый переход вызывается световым излучением и не требует нагрева и охлаждения для структурного фазового перехода, результаты группы могут “ привести к новой стратегии для расширения применимости светочувствительных твердых тел ” и внести свой вклад в исследования. и разработка датчиков, переключателей, запоминающих устройств и исполнительных механизмов нового поколения, которые обеспечивают дистанционное управление и / или локальное управление с помощью света.
В настоящее время команда планирует измерить и количественно оценить величину деформации кристалла, вызванной фотоизомеризацией, систематически исследовать, происходит ли фото-триггерный фазовый переход в других кристаллах, используя информатику материалов, и уточнить его условия.