Certaines substances sont connues pour exister dans plusieurs états solides structurellement désordonnés, un phénomène connu sous le nom de polyamorphisme.

Le premier exemple et peut-être le plus célèbre de comportement polyamorphique a été découvert dans la glace d'eau en 1984 par Mishima et al. Deux formes différentes de glace d'eau amorphe ont été identifiées, appelées glaces amorphes à faible densité et amorphes à haute densité. Plus tard, des phénomènes similaires ont également été observés dans d'autres systèmes importants tels que Si, SiO 2 , et GeO 2 .

En physique de la matière condensée, Le polyamorphisme est un phénomène très intéressant mais mal compris.

Récemment, une équipe de scientifiques chinois et leurs collaborateurs de l'Institute of Solid State Physics des Hefei Institutes of Physical Science ont examiné le polyamorphisme dans la substance moléculaire SO 2 .

Tout en explorant la transition de phase dans le SO dense 2 , ils ont trouvé une amorphisation induite par la pression dans le SO dense 2 et une transformation structurelle réversible induite par la pression entre les formes amorphes moléculaires et amorphes polymères du SO 2 . Ce travail a été publié dans PNAS le 4 avril, 2020.

DONC 2 joue un rôle important dans la recherche en chimie et dans la physique de la Terre et de l'atmosphère. Alors que les propriétés de systèmes moléculaires solides similaires tels que le CO 2 ou N 2 à haute pression ont été largement étudiés, plus de recherche sur le SO dense 2 , notamment son comportement et ses propriétés, doit encore être fait.

Dans cette étude, les scientifiques ont examiné de plus près cette molécule simple grâce à un effort expérimental et informatique combiné qui a tenté de décrire certains phénomènes nouveaux et inattendus.

En utilisant des techniques expérimentales de spectroscopie Raman et de diffraction des rayons X à haute pression, ils ont compressé SO 2 jusqu'à 60 GPa avec une cellule à enclume en diamant et a exploré les transitions de phase et les structures du SO 2 jusqu'à 60 GPa et à des températures allant de 77 à 300 K.

A 77 K et en dessous de 16 GPa, le dioxyde de soufre était cristallin. Lorsqu'il est compressé à 16 GPa, le dioxyde de soufre dans la phase cristalline a subi une amorphisation induite par la pression et est entré dans la phase amorphe de l'état moléculaire. Lorsqu'il est encore compressé au-dessus de 26 GPa, une transition de phase s'est produite de la phase amorphe moléculaire (soufre à deux coordonnées) à la phase amorphe polymère à chaîne (soufre à trois coordonnées).

Les chercheurs ont étudié plusieurs chemins de température différents et ont découvert que le chemin de transition de phase dans le SO dense 2 est passé de la phase cristalline à la phase amorphe moléculaire, puis à la phase amorphe polymère sur toute la plage de températures de 77 à 300 K. Ils ont également découvert que le chemin de transition de phase était réversible.

Par ailleurs, la pression d'amorphisation change avec la température, allant de 10-16 GPa sur la plage de température 77-300 K.

Pour tester leurs observations, l'équipe a utilisé des simulations de dynamique moléculaire et le même phénomène a également été observé. En particulier, la forme amorphe polymère à haute pression s'est avérée être constituée principalement de chaînes polymères désordonnées constituées d'atomes de soufre à trois coordonnées reliés par des atomes d'oxygène, et quelques molécules intactes résiduelles.

La transition moléculaire amorphe à polymère amorphe identifiée dans cette recherche peut également suggérer l'existence possible d'une transition similaire à l'état liquide.