Ordre des charges dans les composés à valence mixte, qui contiennent généralement des cations chargés positivement dans plus d'un état de charge formel, est d'une importance cruciale pour la science des matériaux. De nombreuses propriétés fonctionnelles des matériaux comme le magnétisme, magnétorésistance, la conductivité ionique et la supraconductivité se trouvent dans les composés à valence mixte.

L'une des toutes premières tentatives pour comprendre le mécanisme d'une transition d'ordre de charge remonte à 1939 lorsque Evert Verwey, un chimiste hollandais, observé un saut soudain de résistivité dans la magnétite composée de valence mixte prototype, Fe 3 O 4 , près de -150°C. Il a proposé que dans l'état presque métallique de Fe 3 O 4 à des températures supérieures à -150°C, certains atomes de fer sont indiscernables dans le réseau cristallin en raison d'une délocalisation complète des charges. Cependant, en dessous de cette température, un état semi-conducteur avec un modèle d'ordre complexe de charges sur les sites de fer disponibles a été établi. En général, une transition d'un état de charge désordonnée à un état de charge ordonnée qui s'accompagne d'un saut de résistivité électrique est aujourd'hui appelée transition de Verwey.

Dans la revue Avancées scientifiques maintenant, une équipe de chercheurs d'Allemagne et de Slovénie rapporte une transition de type Verwey dans une classe complètement différente de composés à valence mixte qui est composée de molécules de dioxygène chargées négativement. Le composé de césium Cs 4 O 6 subit une transition de phase à partir d'un état avec O moléculaire indiscernable 2 entités x- à un état avec un superoxyde O2 à charge unique bien défini et un peroxyde O à double charge 22 - anions, qui s'accompagne d'un changement correspondant dans la dynamique de transport de charge. Ces résultats sont censés apporter un éclairage nouveau sur le mécanisme des phénomènes d'ordonnancement des charges de type Verwey.

"La transition de type Verwey dans l'oxyde de césium Cs 4 O 6 est conceptuellement plus simple que l'original dans Fe 3 O 4 " déclare Peter Adler, le premier auteur de l'étude. Alors que dans Fe 3 O 4 l'état d'ordre de charge est complexe et il est difficile d'identifier les états de charge individuels la situation est plus claire dans Cs 4 O 6 car les entités moléculaires dans l'état de charge ordonnée révèlent les caractéristiques structurelles et magnétiques typiques des unités de superoxyde paramagnétique et de peroxyde diamagnétique constituantes. Les auteurs ont établi les propriétés de Cs 4 O 6 en utilisant plusieurs techniques expérimentales, à savoir la diffraction des neutrons pour l'étude de la structure cristalline ainsi que plusieurs techniques spectroscopiques pour vérifier une transition de localisation de charge qui est une caractéristique typique des processus d'ordre de charge de type Verwey. Contrairement à Fe 3 O 4 le présent composé Cs 4 O 6 reste magnétiquement désordonné jusqu'à une température de -271°C qui n'est que de deux degrés au-dessus du point zéro absolu et il est beaucoup moins conducteur que Fe 3 O 4 . La nature moléculaire des unités de construction de base et les caractéristiques particulières du Cs 4 O 6 devrait être favorable pour démêler le jeu complexe de la charge, tournoyer, et les contributions du réseau aux phénomènes d'ordonnancement des charges de type Verwey. L'imbrication des différents degrés de liberté pourra même à l'avenir être utilisée pour contrôler les nouvelles fonctionnalités des matériaux à travers la transition Verwey.

Des exemples contemporains de propriétés fonctionnelles des matériaux liés à la valence mixte sont la supraconductivité à haute température dans les supraconducteurs à base d'oxyde de cuivre où l'état supraconducteur est en concurrence avec un état magnétique et d'ordre de charge ou des effets de magnétorésistance très importants (« colossaux ») dans certains oxydes de manganèse qui se produisent au voisinage d'une transition d'un état de valence mixte délocalisé à un état de valence mixte plus localisé. Par conséquent, démêler le mécanisme des processus d'ordonnancement des charges dans les composés à valence mixte est un sujet important en science des matériaux. La percée de la présente étude est l'observation d'un tel ordre de charge dans une structure cristalline relativement simple où de nouveaux phénomènes physiques devraient émerger de l'entrelacement des degrés de liberté pertinents pour les unités moléculaires d'oxygène électroniquement actives bien définies.