Atomteknikker låser op for strukturen i en sjælden type superledende intermetallisk legering

Atomteknikker har spillet en vigtig rolle ved bestemmelse af krystalstrukturen i en sjælden type intermetallisk legering, der udviser supraledelse.

Forskningen, som for nylig blev offentliggjort i Regnskaber for kemisk forskning , var en virksomhed ledet af forskere fra Max Planck Institute for Chemical Physics of Faststoffer, med samarbejde fra Ivan-Franko National University i Lviv, det tekniske universitet Freiberg, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, og ANSTO.

Komplekse metalliske legeringer (CMA'er) har potentialet til at fungere som katalysatorer og tjene som materialer til enheder, der omdanner varme til energi (termoelektriske generatorer) eller anvender magnetisk køling til at forbedre energieffektiviteten af ​​køle- og temperaturkontrolsystemer.

Termoelektriske generatorer bruges til fjerntliggende applikationer med lav effekt, eller hvor større, men mere effektive varmemotorer ikke ville være mulige.

De unikke egenskaber ved CMA'er stammer fra deres indviklede overbygning, hvor hver gentagende enhedscelle omfatter hundreder eller tusinder af atomer.

Undersøgelsen fokuserede på en fase af beryllium og platin, Be21Pt5. Berylliumatoms lave røntgenstrålingskraft havde tidligere udgjort en barriere for forskere, der forsøgte at løse strukturen af ​​berylliumrige CMA'er, såsom Be21Pt5, ved hjælp af røntgenpulverdiffraktionsteknikker.

For at lokalisere berylliumatomer, forskere brugte ECHIDNA neutronpulverdiffraktometer på Australian Center for Neutron Scattering.

Dr. Maxim Avdeev, en instrumentforsker, bemærkede, at brugen af ​​neutronstråler i kombination med røntgendata var nøglen til at løse strukturen.

"Da beryllium er et let grundstof, det vil sprede neutroner længere end røntgenstråler med en faktor på ca. 20. Det var ikke muligt at lokalisere berylliumatomerne i krystallen ved hjælp af røntgenstråler, men med neutrondiffraktion fandt vi dem let. "

"Da beryllium er et let element, den spreder røntgenstråler svagt. Sammenlignet med platin, kontrasten er omkring 1 til 20. Brug af neutroner ændrer forholdet til cirka 16-til-20, hvilket gjorde det let at finde berylliumatomer i krystalstrukturen. "

Data fra røntgen- og neutronpulverdiffraktion blev suppleret med kvantemekaniske beregninger til bestemmelse af elektrontæthedsfordeling, som definerer materialets elektroniske egenskaber.

Diffraktionsdataene indikerede, at krystalstrukturen i Be21Pt5 var opbygget af fire typer indlejrede polyhedrale enheder eller klynger. Hver klynge indeholdt fire skaller bestående af 26 atomer med en unik fordeling af defekter, steder, hvor et atom mangler eller uregelmæssigt placeres i gitterstrukturen.

Neutrondiffraktionseksperimenter ved ANSTO hjalp med at bestemme krystalstrukturen med at bestemme strukturen af ​​Be21Pt5, som bestod af fire unikke klynger (farvekodet ovenfor i billedet), der hver indeholder 26 atomer.

Studiets kollaborative karakter var også afgørende for løsningen af ​​strukturen.

"Den fysiske prøve blev syntetiseret i Tyskland og sendt til Australien til analyse. Når vi sendte diffraktionsdataene tilbage til vores samarbejdspartnere, de var i stand til at løse strukturen på deres hjeminstitutioner. "

Efter at have løst krystalstrukturen, forskergruppen rettede også deres opmærksomhed mod de fysiske egenskaber ved Be21Pt5 og gjorde en uventet opdagelse. Ved temperaturer under 2 K, Be21Pt5 viste sig at udvise supraledelse.

"Det er ganske usædvanligt, at denne familie af intermetalliske forbindelser gennemgår en superledende fase. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at forstå, hvad der gør dette system til noget særligt, og neutronspredningsforsøg vil spille en vigtig rolle i processen."