Titanato d'estronci
El titanato d'estronci és un òxit d'estronci i titani la fòrmula química del qual és SrTiO3. A temperatura ambiente, és un material paraeléctrico centrosimétrico en estructura de perovskita. A baixes temperatures s'aproxima a una transició de fase ferroeléctrica en una constant dielèctrica molt gran 104, pero seguix sent paraeléctrico fins a les temperatures més baixes mides com a resultat de fluctuacions quàntiques, lo que ho convertix en un paraeléctrico quàntic.[1]Durant molt temps es va pensar que era un material totalment artificial, fins que en 1982 el seu homòlec natural -descobert en Siberia i denominat tausonita- va ser reconegut per l'IMA. La tausonita seguix sent un mineral extremadament rar en la naturalea, ya que es presenta en cristals molt menuts. La seua aplicació més important ha segut en la seua forma sintetisada, en la que es troba ocasionalment com simulante del diamant, en òptica de precisió, en varistores i en ceràmica alvançada.
El nom de tausonita es deu a Lev Vladimirovich Tauson (1917-1989), geoquímico rus. Els noms comercials en desús del producte sintètic inclouen mesotitanato d'estronci, Diagem i Marvelita. Este producte es comercialisa actualment per al seu us en joyeria en el nom de Fabulita.[2] A banda de la seua localitat tipo del massiç de Murun en la república de Sajá, la tausonita natural també es troba en Cerro Sarambi, departament de Concepció, Paraguay; i a lo llarc del riu Kotaki d'Honshū, Japó.[3][4]
Propietats
[editar | editar còdic]
El SrTiO3 té una banda prohibida indirecta de 3,25 eV i una directa de 3,75 eV [5]en el ranc típic dels semiconductors. El titanato d'estronci sintètic té una constant dielèctrica molt gran (300) a temperatura ambiente i baix camp elèctric. Té una resistividad específica de més de 109 Ω-cm per a cristals molt purs.[6]També s'utilisa en condensadores d'alt voltage. L'introducció de portadors de càrrega mòvils per mig de dopage conduïx a un comportament metàlic líquit de Fermi ya a densitat de portadors de càrrega molt baixes.[7]A densitat d'electrons elevades, el titanato d'estronci es convertix en superconductor per baix de 0,35 K i va anar el primer aïllant i òxit que es va descobrir superconductor.[8]
El titanato d'estronci és molt més dens (gravetat específica 4,88 per al natural, 5,13 per al sintètic) i molt més bla (durea Mohs 5,5 per al sintètic, 6-6,5 per al natural) que el diamant. El seu sistema cristalí és cúbic i el seu índex de refracció (2,410 - medit en llum de sodi, 589,3 nm) és casi idèntic al del diamant (2,417), pero la dispersió (propietat òptica responsable de el "fòc" de les pedres precioses tallades) del titanato d'estronci és 4,3 voltes superior a la del diamant, 0,190 (interval B-G). Açò dona lloc a una impactant exhibició de fòc en comparació al diamant i els seus simulantes, com el YAG, el GAG, el GGG, la circonita cúbica i la moissanita.[3][4]
Les sintètiques solen ser transparents i incoloras, pero poden dopar-se en certes terres rares o metals de transició per a obtindre rojos, grocs, marrons i blaus. La tausonita natural sol ser de translúcida a opaca, en tons de marró rojós, roig obscur o gris. Abdós tenen una lluentor adamantino (similar al diamant). El titanato d'estronci es considera extremadament trencadiç en una fractura concoidea; el material natural és d'hàbit cúbic o octaèdric i presenta vetes marrons. A través d'un espectroscopi manual (visió directa), els sintètics dopats mostraran un ric espectre d'absorció típic de les pedres dopades. El material sintètic té un punt de fusió d'uns 2080 °C (3776 °F) i és fàcilment atacat pel àcit fluorhídric. [3][4]Baixe una pressió parcial d'oxigen extremadament baixa, el titanato d'estronci es descompon per sublimació incongruent del estronci molt per baix de la temperatura de fusió.[9]
A temperatures inferiors a 105 K, la seua estructura cúbica es transforma en tetragonal.[10] Els seus monocristales poden utilisar-se com a finestres òptiques i blancs de deposición per pulverización catódica d'alta calitat.
Substrats de monocristal de titanato d'estronci (5x5x0,5 mm). El substrat transparent (esquerra) és SrTiO3 pur i el substrat negre està dopat en 0,5% (pes) de niobi.
El SrTiO3 és un substrat excelent per al creiximent epitaxial de superconductores d'alta temperatura i moltes películes fines basades en òxits. És especialment conegut com a substrat per al creiximent de l'interfase lantano-aluminato-titanato d'estronci. El titanato d'estronci dopat en niobi ho fa conductor de l'electricitat, sent un dels únics substrats monocristalinos conductors disponibles en el mercat per al creiximent d'òxits de perovskita. El seu paràmetro de ret de 3,905Å ho fa adequat com a substrat per al creiximent de molts atres òxits, com les manganitas de terres rares, els titanatos, l'aluminato de lantano (LaAlO3), el rutenato d'estronci (SrRuO3) i molts uns atres. Les vacants d'oxigen són prou comuns en els cristals i les películes fines de SrTiO3. Les vacants d'oxigen induïxen electrons lliures en la banda de conducció del material, fent-ho més conductor i opac. Estes vacants poden deure's a l'exposició a condicions reductores, com l'alt buit a temperatures elevades.
Les capes epitaxiales de SrTiO3 d'alta calitat també poden créixer sobre silici sense formar diòxit de silici, lo que convertix al SrTiO3 en un material dielèctric de porta alternatiu. Açò també permet l'integració d'atres òxits de perovskita de película fina sobre silici.[11]
S'ha demostrat que el SrTiO3 posseïx una fotoconductividad persistent en la que l'exposició del cristal a la llum aumenta la seua conductivitat elèctrica en més de 2 órdens de magnitut. Despuix d'apagar la llum, la conductivitat millorada persistix durant varis dies, en una decaiguda insignificant.[12][13]
Per l'important conducció iònica i electrònica del SrTiO3, és potent per a ser utilisat com conductor mixt.[14]
Us com simulante del diamant
[editar | editar còdic]La seua estructura cúbica i la seua alta dispersió varen fer del titanato d'estronci sintètic un candidat ideal per a simular el diamant. A partir de 1955, es varen fabricar grans cantitats de titanato d'estronci en este únic fi. El titanato d'estronci competia llavors en el rútil sintètic ("titania") i tenia la ventaja de carir de la desafortunada tenyida groga i la forta birrefringencia inherents a este últim material. Encara que era més bla, s'assemblava molt més al diamant. En el temps, no obstant, abdós caurien en desús, eclipsats per la creació de "millors" simulantes: primer el granate d'itri i alumini (YAG), poc despuix el granate de gadolini i gali (GGG) i, per últim, el simulante definitiu (fins a la data) sobre similitut en el diamant i rendabilitat, el zirconi cúbic.[15]
A pesar d'estar passat de moda, el titanato d'estronci se seguix fabricant i es troba periòdicament en joyeria. És un dels simulantes de diamant més cars i, per la seua rarea, els coleccionistes poden pagar una prima per eixemplars grans, és dir, de més de 2 quilats (400 mg). Com simulante de diamant, el titanato d'estronci és més enganyós quan es mescla en pedres de <0,20 quilats (40 mg) i quan s'utilisa com a material de base per a una pedra composta o doblet (en, per eixemple, corindón sintètic com a corona o part superior de la pedra). Al microscopi, els gemólogos distinguixen el titanato d'estronci del diamant per la blandura del primer -manifestada per les abrasió superficials- i l'excés de dispersió (per a l'ull expert), aixina com per les ocasionals bombetes de gas que són restants de la síntesis. Els doblets poden detectar-se per una llínea d'unió en la faixa ("cintura" de la pedra) i bombetes d'aire aplanadas o pegament visibles dins de la pedra en el punt d'unió.[16][17][18]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ “SrTiO3: An intrinsic quàntum paraelectric below 4 K” (1979). Phys. Rev. B 19 (7): 3593–3602. doi:. Bibcode: 1979PhRvB..19.3593M.
- ↑ Mottana, Annibale. “Una lluenta sintesi” (it). Scienza i Dossier 1 (1): 9. Giunti.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 «Tausonite». Webmineral..
- ↑ 4,0 4,1 4,2 «Tausonite». Mindat.
- ↑ K. van Benthem, C. Elsässer and R. H. French (2001). “Bulk electronic structure of SrTiO3: Experiment and theory”. Journal of Applied Physics 90 (12). doi:. Bibcode: 2001JAP....90.6156V.
- ↑ «Strontium Titanate». ESPI Metals. ESPICorp.
- ↑ Xiao Lin, Benoît Fauqué, Kamran Behnia (2015). “Scalable T2 resistivity in a small single-component Fermi surface”. Science 349 (6251): 945–8. doi:. PMID 26315430. Bibcode: 2015Sci...349..945L.
- ↑ “Superconducting Transition Temperatures of Semiconducting SrTiO3” (1967). Phys. Rev. 163 (2). doi:. Bibcode: 1967PhRv..163..380K.
- ↑ “Stability and Decomposition of Perovskite-Type Titanates upon High-Temperature Reduction” (2017). Phys. Status Solidi RRL 11 (9). doi:. Bibcode: 2017PSSRR..1100222R.
- ↑ “Electron Paramagnetic Resonance of Trivalent Gadolinium Ions in Strontium and Barium Titanates” (1962). Phys. Rev. 127 (3). doi:. Bibcode: 1962PhRv..127..702R.
- ↑ “Crystalline Oxides on Silicon: The First Five Monolayers” (1998). Phys. Rev. Lett. 81 (14). doi:. Bibcode: 1998PhRvL..81.3014M.
- ↑ “Persistent Photoconductivity in Strontium Titanate” (2013). Physical Review Letters 111 (18). Department of Physics and Astronomy, Washington State University, Pullman, Washington.. doi:. PMID 24237562. Bibcode: 2013PhRvL.111r7403T.
- ↑ «Light Exposure Increases Crystal's Electrical Conductivity 400-fold [VIDEO]». Nature World News. Archivat des d'el original, el 8 de març de 2020.
- ↑ «Mixed conductors». Max Planck institute for solid state research.
- ↑ R. W. Hesse (2007). Jewelrymaking through history: an encyclopedia, Greenwood Publishing Group, p. 73. ISBN 978-0-313-33507-5.
- ↑ Nassau, K. (1980). Gems made by man, Santa Monica, Califòrnia: Gemological Institute of America, pp. 214–221. ISBN 0-87311-016-1.
- ↑ O'Donoghue, M. (2002). Synthetic, imitation & treated gemstones, Great Britain: Elsevier Butterworth-Heinemann, pp. 34, 65. ISBN 0-7506-3173-2.
- ↑ Read, P. G. (1999). Gemmology, second edition, Great Britain: Butterworth-Heinemann, pp. 173, 176, 177, 293. ISBN 0-7506-4411-7.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Titanato de estroncio» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.