Une équipe de scientifiques dirigée par l'Université de Nagoya au Japon a détecté une configuration atomique très inhabituelle dans un matériau à base de tungstène. Jusqu'à maintenant, la configuration atomique n'avait été vue que dans le trihydrogène, un ion qui existe entre les systèmes stellaires dans l'espace. Les résultats, publié dans la revue Communication Nature , suggèrent que d'autres études pourraient révéler des composés avec des propriétés électroniques intéressantes.

Les atomes qui composent les humains, les arbres et les tables de cuisine se lient généralement en partageant des électrons. Considérez les électrons comme la colle atomique de la vie. Le physicien appliqué de l'Université de Nagoya, Yoshihiko Okamoto, et ses collègues ont découvert une version très inhabituelle de cette colle :une molécule triangulaire régulière était formée de trois atomes liés entre eux par deux électrons.

"Ce type de liaison n'avait été observé auparavant que dans les ions trihydrogène trouvés dans la matière interstellaire, " dit Okamoto. " Nous étions ravis de voir cette configuration dans un cristal refroidi à base de tungstène. "

Les molécules dites de tritungstène ont été découvertes dans des monocristaux d'oxyde de tungstène de césium (CsW 2 O 6 ) refroidi en dessous de -58°C. CsW 2 O 6 conduit l'électricité à température ambiante mais se transforme en un matériau isolant lorsqu'il est refroidi en dessous de -58°C. Cela a été un défi d'étudier comment la structure atomique de ce type de matériau change en réponse à la température. Pour surmonter cela, Okamoto et ses collègues au Japon ont synthétisé des monocristaux très purs de CsW 2 O 6 et les a bombardés avec des faisceaux de rayons X à température ambiante et -58°C.

Les molécules de tungstène dans le cristal conducteur forment des réseaux tridimensionnels de pyramides tétraédriques connectées à leurs coins, connue sous le nom de structure pyrochlore. Les liaisons entre les molécules se forment en raison d'un partage symétrique d'électrons entre elles.

Cependant, lorsque le composé est refroidi, les électrons se réarrangent et deux types d'atomes de tungstène émergent dans les tétraèdres, chacun avec une "valence" différente, " ou pouvoir de liaison avec d'autres atomes. Ceci, à son tour, déforme les longueurs des liaisons tungstène avec les atomes d'oxygène dans le composé, conduisant à une forme plus compressée. Surtout, les atomes de tungstène de valence inférieure forment des petits et des grands triangles sur les côtés des tétraèdres de tungstène, avec les molécules de tritungstène très inhabituelles se formant sur les petits triangles. Les trois atomes de tungstène formant les pointes de ces triangles ne partagent que deux électrons entre eux pour les garder liés ensemble.

"A notre connaissance, CsW 2 O 6 est le seul exemple où ce type de formation de liaison, où plusieurs atomes ne partagent que quelques électrons, apparaît comme une transition de phase, " dit Okamoto.

L'équipe vise à approfondir l'étude des composés à structure pyrochlore, dans le but ultime de découvrir des matériaux aux propriétés nouvelles et intéressantes.