Metalli otticamente attivi per le tecnologie di domani
Il cloruro di magnesio composto sfida le regole convenzionali del comportamento metallico
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Un team di ricerca internazionale guidato dall'Università di Bayreuth ha scoperto un metallo che combina la conduttività elettrica con la polarità interna. Ciò gli consente di esibire la generazione di seconde armoniche, un effetto ottico tipicamente osservato solo nei non metalli, di particolare interesse per i sensori e l'ingegneria elettrica. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sul Journal of the American Chemical Society.
Il Mg₃Cl₇, sintetizzato in una cella di incudine di diamante riscaldata al laser ad alta pressione e temperatura, è stato identificato come un metallo polare che mostra la generazione di seconda armonica (SHG).
Yuqing Lin
Le recenti scoperte di un team internazionale guidato dall'Università di Bayreuth mostrano che il composto cloruro di magnesio (Mg₃Cl₇) sfida le regole convenzionali del comportamento metallico. Mentre i metalli tipici conducono l'elettricità attraverso un "mare" di elettroni liberi che circondano i loro atomi, la conduttività del cloruro di magnesio avviene attraverso gli elettroni forniti dagli ioni cloruro, che lo rendono un metallo anionico. Questo meccanismo indebolisce la consueta schermatura elettrica presente nei metalli e consente al composto di mantenere una separazione interna permanente delle cariche, una proprietà nota come polarità. Questo metallo polare non solo conduce l'elettricità, ma quando viene esposto alla luce emette luce a frequenza doppia. Questa rara combinazione di conducibilità elettrica, polarità e raddoppio della frequenza ottica non è solo insolita, ma anche molto preziosa per applicazioni nell'elettronica, nei sensori e nei sistemi energetici.
"È molto emozionante aver scoperto un metallo che non solo conduce l'elettricità, ma emette anche luce in modi inaspettati", afferma il dottor Yuqing Yin, ricercatore post-dottorato presso il Gruppo di Fisica e Tecnologia dei Materiali a Condizioni Estreme dell'Università di Bayreuth e autore principale dello studio. "Una tale combinazione è estremamente insolita in natura e apre prospettive completamente nuove per la progettazione di materiali multifunzionali".
La scoperta è stata fatta ad alta pressione utilizzando una cella a incudine di diamante, uno strumento in grado di generare pressioni paragonabili a quelle che si trovano nelle profondità dei pianeti. Utilizzando intensi fasci di raggi X di sincrotrone, il team è stato in grado di determinare la struttura cristallina del cloruro di magnesio in situ, poiché il materiale esiste solo in condizioni estreme. Sebbene non possa ancora essere prodotto in quantità industriali, la scoperta apre le porte a una nuova classe di materiali che combinano la conduttività metallica con preziose proprietà ottiche.
"Siamo solo all'inizio", osserva il professor Leonid Dubrovinsky, ricercatore del Bavarian Geoinstitute (BGI) dell'Università di Bayreuth e coautore senior della pubblicazione. "I principi che abbiamo scoperto offrono nuovi modi di pensare alla chimica e alla progettazione dei materiali. Il nostro lavoro dimostra che anche elementi molto semplici come il magnesio e il cloro possono, nelle giuste condizioni, formare strutture completamente inaspettate con proprietà uniche".
Lo studio evidenzia come la ricerca ad alta pressione continui a rivelare comportamenti sorprendenti in elementi e composti apparentemente ordinari. Spingendo i materiali oltre i confini della chimica quotidiana, gli scienziati stanno scoprendo nuove regole - e nuove possibilità - per progettare i materiali funzionali del futuro.
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Pubblicazione originale
Yuqing Yin, Leonid Dubrovinsky, Ferenc Tasnádi, Igor A. Abrikosov, Andrey Aslandukov, Alena Aslandukova, Fariia Iasmin Akbar, Wenju Zhou, Florian Knoop, Dominique Laniel, Anna Pakhomova, Timofey Fedotenko, Konstantin Glazyrin, Gaston Garbarino, Haixing Fang, Natalia Dubrovinskaia; "High-Pressure Mg3Cl7 Synthesized in a Diamond Anvil Cell as a Polar Metal with Second-Harmonic Generation"; Journal of the American Chemical Society, Volume 147, 2025-9-2
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