Metal sólido tiene 'memoria estructural' de su estado líquido

El bismuto es un elemento históricamente interesante para los científicos, ya que una serie de descubrimientos importantes en el mundo de la física de los metales se realizaron al estudiarlo, incluyendo importantes observaciones sobre el efecto de los campos magnéticos en la conductividad eléctrica.

El bismuto tiene varias fases. Una fase química es una configuración distintiva de las moléculas que componen una sustancia. La congelación de agua en hielo o la ebullición en vapor son ejemplos de cómo los cambios en las condiciones externas pueden inducir una transición de una fase a otra. Pero para los físicos y los científicos de materiales, la aplicación de presiones extremas y las temperaturas pueden producir una gran variedad de otras fases.

Por ejemplo, bajo condiciones crecientes de presión y temperatura, el bismuto sufre una serie de transiciones de fase, incluyendo ocho tipos diferentes de fases sólidas observadas hasta ahora.

En estudios previos de bismuto, los cambios estructurales inducidos por presión no se conservaron cuando se redujo la presión. Sin embargo, un equipo de investigación de Carnegie Science y las universidades de Yanshan Chicago, utilizó una vía de sucesivas presiones y temperaturas para crear una forma de bismuto que tiene una "memoria estructural" de una fase previa.

Cuando el bismuto se lleva a un estado líquido entre 14.000 y 24.000 veces la presión atmosférica normal (1.4 a 2.4 gigapascales) ya unos 1.850 grados centígrados (1.250 kelvin), y luego se enfría lentamente a un estado sólido, el sólido "recuerda" algunos de los motivos estructurales de su predecesor líquido.

"El líquido de alta presión se vuelve más estructuralmente desordenado cuando se aplica el calor, tomando lo que llamamos un estado de 'líquido profundo', cuyas características estructurales permanecen incluso cuando el bismuto se enfría de nuevo a sólido", explicó Guoyin Shen, de Carnegie. "Esta es la primera vez que se ve un efecto semejante en un metal elemental".

Fascinantemente, esta "memoria" se correlaciona con un cambio de ser repelido por un campo magnético a ser atraído a un campo magnético. El equipo cree que será posible inducir un cambio similar en las propiedades físicas en otros elementos similares, incluyendo cerio, antimonio, plutonio y otros.