En la física del estado sólido , una superestructura es una estructura adicional que se superpone a una estructura cristalina determinada . Un ejemplo típico e importante es el ordenamiento ferromagnético .
En un sentido más amplio, el término "superestructura" se aplica a polímeros y proteínas para describir el orden en una escala de longitud mayor que la de los segmentos monoméricos.
En cristales
En un cristal, una superestructura manifiesta a través de reflexiones adicionales en difracción patrones, por ejemplo, en la difracción de electrones de baja energía ( LEED ) o de difracción de rayos X experimentos . A menudo aparece un conjunto de puntos de difracción débiles entre los puntos más fuertes que pertenecen a lo que se denomina subestructura. En algunos casos se produce una transición de fase, por ejemplo, a temperaturas más altas, donde la superestructura desaparece y el material vuelve a la subestructura más simple. No todos los compuestos presentan una superestructura.
Las superpuntos en los patrones de difracción representan una modulación de la subestructura que hace que la simetría de traslación inherente de la red (subestructura) sea violada levemente o que se incremente el tamaño del motivo repetido de la estructura. Se podría hablar de ruptura de la simetría de la simetría de traslación de la celosía, aunque la simetría rotacional puede perderse simultáneamente.
Casos acordes
Si los superpuntos están ubicados en fracciones simples de los vectores del retículo recíproco de la subestructura, por ejemplo, en q = (½, 0,0), la simetría rota resultante es un múltiplo de la celda unitaria a lo largo de ese eje. Tal modulación se llama superestructura acorde.
Casos inconmensurables
En algunos materiales, los superpots se producirán en posiciones que no representan una fracción simple, digamos q = (0.5234,0,0). En este caso, la estructura, estrictamente hablando, ha perdido toda la simetría de traslación en una dirección particular. A esto se le llama estructura inconmensurable. [1]
Causas
Básicamente, existen tres tipos de superestructuras en cristales:
Superestructuras magnéticas
Cuando un material cristalino que contiene átomos con espines electrónicos no compensados se enfría, el orden de estos espines generalmente ocurre una vez que la energía térmica es lo suficientemente pequeña como para no anular las interacciones entre espines vecinos. Si el ordenamiento no exhibe la misma simetría que la celda unitaria original de la red cristalográfica, resultará una superestructura. En este caso, las superpuntos normalmente solo son visibles en los patrones de difracción de neutrones , porque el neutrón es dispersado tanto por el núcleo como por los momentos magnéticos de los giros de los electrones.
Orden de defectos
Muchas aleaciones de elementos que se parecen químicamente entre sí formarán una estructura a temperaturas más altas donde los dos elementos ocupan posiciones similares en la red al azar. A temperaturas más bajas, puede producirse un ordenamiento donde las posiciones cristalográficas ya no son equivalentes porque un elemento ocupa preferentemente un sitio y el otro el otro. Este proceso de ordenación parcial puede reducir la simetría de traducción y dar como resultado una celda unitaria diferente y más grande.
Transiciones desplazadas
En algunas transiciones, varios átomos que ocupan posiciones cristalográficas que originalmente eran equivalentes se alejarán ligeramente de sus posiciones ideales de acuerdo con un patrón determinado. Este patrón o motivo repetido puede abarcar varias celdas unitarias. La causa de este fenómeno son los pequeños cambios en los enlaces químicos que favorecen las formaciones de cúmulos de átomos semirregulares y más grandes. Aunque tienen la subestructura no distorsionada, estos materiales son típicamente "insaturados" en el sentido de que una de las bandas en la estructura de bandas está solo parcialmente llena. La distorsión cambia la estructura de la banda, dividiendo en parte las bandas en bandas más pequeñas que pueden llenarse o vaciarse más completamente para reducir la energía del sistema. Sin embargo, es posible que este proceso no se complete porque la subestructura solo permite una cierta cantidad de distorsión. Las superestructuras de este tipo suelen ser inconmensurables. Un buen ejemplo se encuentra en las transiciones estructurales de 1T- TaS 2 , un compuesto con una banda d estrecha parcialmente llena (Ta (IV) tiene una configuración ad 1 ).
Ver también
Referencias
- ^ Brown, Philip; Semeniuk, Konstantin; Wang, diandian; Monserrat, Bartomeu; Pickard, Chris J .; Grosche, F. Malte (1 de abril de 2018). "Superconductividad de acoplamiento fuerte en una estructura de huésped-huésped cuasiperiódica" . Avances científicos . 4 (4): eaao4793. doi : 10.1126 / sciadv.aao4793 . ISSN 2375-2548 . PMC 5898833 . PMID 29662950 .