Undersøgelse undersøger trykinduceret superledende overgang i elektrider

Forskere ved Northeast Normal University, i Kina, og Baskerlands universitet, i Spanien, har for nylig udført en undersøgelse, der undersøger den superledende overgang af elektrider. Forskerne observerede, at en trykinduceret stabil Li ₆ P, identificeret ved første-principper sværmstrukturberegninger, kan blive en superleder med en betydeligt høj superledende overgangstemperatur.

"I betragtning af de store potentielle anvendelser af superledende materialer, forståelsen af ​​højtemperatur superledere er en vigtig videnskabelig udfordring inden for kondenseret fysik, "Aitor Bergara og Guochun Yang, to af forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org, via e-mail.

Elektrider er ioniske forbindelser, hvor de fleste elektroner bor i interstitielle områder af krystallen og opfører sig som anioner. På grund af deres strukturelle særegenhed, disse forbindelser har interessante fysiske egenskaber. For eksempel, størrelsen og fordelingen af ​​deres interstitielle elektroner kan effektivt moduleres, enten ved at justere deres kemiske sammensætning eller ydre forhold, såsom tryk.

Samlet set, elektrider er meget dårlige superledere. For eksempel, den eksperimentelt observerede superledende overgangstemperatur for et kanonisk elektrid [Ca ₂₄ Al ₂₈ O ₆₄ ] ⁴⁺ (4e ^- ) ₄ er ~ 0,4 K. På den anden side er det er nu velkendt, at under højt tryk, alkalimetaller kan let miste deres ydre orbitalelektroner og danne elektrider.

"Interessant nok, trykinduceret lithium (Li) elektrid er metallisk, "Sagde Bergara og Yang." Derudover, fosfor (P) udviser en moderat elektronegativitet, så de kan fange nogle elektroner i Li-rige Li-P-forbindelser, mens de resterende elektroner kan forblive i interstitielle områder. Dermed, som vi forudsiger, er dette arbejde, det ville være muligt at justere morfologien for interstitielle elektroner ved at ændre forholdet mellem Li og P og, derfor, opnå forbindelser med nye elektroniske egenskaber. For eksempel, ifølge vores beregninger, Li 6 P elektrid forventes at have en superledende overgangstemperatur på 39,3 K, at bryde den eksisterende rekord blandt elektriderne. "

Forudsigelse af materialers atomstruktur fra første principper (kun baseret på deres sammensætning), er en ekstremt udfordrende opgave. Det kræver typisk at klassificere et stort antal energiminima på et flerdimensionalt energioverfladegitter. I de seneste år, forskere har introduceret flere beregningsmetoder, der kan fremskynde denne proces, hvoraf den ene hedder CALYPSO.

"I vores undersøgelse har vi brugt Calypso -programmet udviklet af Yanming Ma og hans kolleger ved Jilin University, som implementerer en algoritme til optimering af partikelsværm for at bestemme de foretrukne krystalstrukturer, bare at fastsætte Li:P -forhold og tryk som de eneste startindgange, "Forklarede Bergara og Yang." Når de mest stabile strukturer er identificeret, har vi karakteriseret deres fysiske egenskaber. For eksempel, vi har undersøgt deres superledende egenskaber inden for McMillan-Allen-Dynes-tilnærmelsen. "

I deres undersøgelse, Bergara, Yang og deres kolleger rapporterede, at en trykinduceret stabil Li ₆ P -elektrid kan blive en superleder med en forudsagt superledende overgangstemperatur på 39,3K; det højeste, der hidtil er forudsagt i kendte elektrider. De fandt ud af, at forbindelsens interstitielle elektroner, med håndvægtlignende tilsluttede elektridtilstande, spiller en dominerende rolle i denne superledende overgang.

"Vores forudsigelse bryder ikke kun den superledende overgangstemperaturrekord i elektriderne, men tillader også en bedre forståelse af disse materialer, "Sagde Bergara og Yang.

Ifølge forskernes forudsigelser, andre Li-rige fosfider, som Li ₅ P, Li ₁₁ P ₂ , Li ₁ 5P ₂ , og Li ₈ P, kan også være superledende elektrider, alligevel deres T _c forventes at være lavere. Denne nylige undersøgelse af Bergara, Yang og deres kolleger kunne bane vejen for yderligere forskning, der undersøger høj-temperatur superledning i lignende binære forbindelser.

"Vi mener, at forskning i superledende elektrider lige er begyndt, "Sagde Bergara og Yang." Der er stadig meget, der skal undersøges, for eksempel, analysen af ​​den superledende mekanisme i nye elektridforbindelser, især under højt tryk. Som vi har vist i denne artikel, en effektiv måde at designe sådanne superledende materialer på er at undersøge metalliske elektridforbindelser dannet mellem svage elektronegative og stærke elektropositive elementer. "

© 2019 Science X Network