Nye spor om et uhåndgribeligt materiale:En superleder, der kan syntetiseres i laboratoriet

Titaniummonoxid (TiO), en uorganisk kemisk forbindelse, er et materiale, der har unddraget sig nærmere undersøgelser af fysikere på grund af mangel på enkeltkrystalprøver med høj renhed. Et team af forskere, selvom, har nu været i stand til at syntetisere og undersøge TiO af høj kvalitet og finder ud af, at dette materiale har nogle overraskende egenskaber.

Forskerholdet, som omfatter forskere fra Yale, University of British Columbia, University of Chinese Academy of Sciences, og Brookhaven National Laboratory, finder, at TiO fungerer som en superleder - et materiale, der kan transportere elektroner uden modstand - ved en temperatur tæt på minus 273 grader Celsius. Superledning adskiller det fra andre materialer i monoxidfamilien. Resultaterne offentliggøres i Videnskabens fremskridt .

"Det faktum, at det er en superleder er overraskende, fordi superledning er sjælden i oxider med kun én oxygen pr. metalatom, " sagde medforfatter Sangjae Lee, en kandidatstuderende i Charles Ahns laboratorium, John C. Malone professor i anvendt fysik og afdelingsformand. "Vi finder ud af, at det er meget tæt på den superledende adfærd af titaniummetal i sig selv."

TiO består af et enkelt oxygen, der binder sig mellem titanium atomerne. Konventionel tænkning forudsiger, at bindingen mellem titanium og ilt er ansvarlig for meget af materialets interessante fysik, men et nærmere kig afslører, at titanium i sig selv er en nøgledriver for de elektroniske egenskaber.

En grund til, at TiO ikke er blevet undersøgt mere, er fordi det er så svært at få prøver af høj kvalitet. Ved at bruge en materialevækstmetode kendt som molekylær stråleepitaxi, imidlertid, forskerholdet er i stand til at syntetisere en prøve med høj renhed af det materiale, der skal studeres.

"Sammenlignet med andre vækstmetoder, molekylær stråleepitaksi er fleksibel nok til at stabilisere faser, der ikke kan syntetiseres på anden måde, " sagde Lee.

Når de havde en prøve med høj renhed, de brugte en række eksperimentelle og teoretiske teknikker til at studere det og tilegne sig information om dets elektroniske adfærd og struktur.

"Ved at kombinere alle eksperimentelle data med teori, vi er i stand til at fastslå, at den meget interessante superledende adfærd kommer fra arten af ​​titan-titan-bindingen i dette materiale.

Nu hvor de har syntetiseret TiO, Lee sagde, at der er adskillige veje til at belyse forholdet mellem strukturen og den elektroniske opførsel af andre lignende klasser af superledende oxidmaterialer.

"Det afslører mange vigtige retninger, som samfundet kan tage, " han sagde.