Onderzoekers van de Northeast Normal University, in China, en Universiteit van Baskenland, in Spanje, hebben onlangs een studie uitgevoerd naar de supergeleidende overgang van elektroden. De onderzoekers merkten op dat een door druk geïnduceerde stabiele Li ₆ P, geïdentificeerd door eerste-principes zwermstructuurberekeningen, kan een supergeleider worden met een aanzienlijk hoge supergeleidende overgangstemperatuur.

"Gezien de brede potentiële toepassingen van supergeleidende materialen, het begrip van supergeleiders bij hoge temperaturen is een belangrijke wetenschappelijke uitdaging in de fysica van de gecondenseerde materie, "Aitor Bergara en Guochun Yang, twee van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerden, vertelde Phys.org, via e-mail.

Electriden zijn ionische verbindingen waarin de meeste elektronen zich in interstitiële gebieden van het kristal bevinden en zich gedragen als anionen. Vanwege hun structurele eigenaardigheid, deze verbindingen hebben interessante fysische eigenschappen. Bijvoorbeeld, de grootte en verdeling van hun interstitiële elektronen kan effectief worden gemoduleerd, hetzij door hun chemische samenstelling of externe omstandigheden aan te passen, zoals druk.

Algemeen, elektroden zijn zeer slechte supergeleiders. Bijvoorbeeld, de experimenteel waargenomen supergeleidende overgangstemperatuur van een canonieke elektrode [Ca ₂₄ Al ₂₈ O ₆₄ ] ⁴⁺ (4e ^- ) ₄ is ~0,4 K. Aan de andere kant, het is nu algemeen bekend dat onder hoge druk, alkalimetalen kunnen gemakkelijk hun buitenste orbitale elektronen verliezen en elektroden vormen.

"Interessant, drukgeïnduceerde lithium (Li) elektrode is metallisch, " zeiden Bergara en Yang. "Bovendien, fosfor (P) vertoont een matige elektronegativiteit, zodat ze wat elektronen kunnen vangen in Li-rijke Li-P-verbindingen, terwijl de resterende elektronen in interstitiële gebieden kunnen blijven. Dus, zoals we voorspellen is dit werk, het zou mogelijk zijn om de morfologie van interstitiële elektronen aan te passen door de verhouding van Li en P te veranderen en, daarom, verbindingen te verkrijgen met nieuwe elektronische eigenschappen. Bijvoorbeeld, volgens onze berekeningen, Er wordt voorspeld dat Li 6 P-electrode een supergeleidende overgangstemperatuur van 39,3 K heeft, het breken van het bestaande record onder de elektroden."

Het voorspellen van de atomaire structuur van materialen vanaf de eerste principes (alleen gebaseerd op hun samenstelling), is een uiterst uitdagende taak. Het vereist typisch het classificeren van een groot aantal energieminima op een multidimensionaal energieoppervlakrooster. In recente jaren, onderzoekers hebben verschillende berekeningsmethoden geïntroduceerd die dit proces kunnen versnellen, waarvan er één CALYPSO wordt genoemd.

"In onze studie hebben we het Calypso-programma gebruikt dat is ontwikkeld door Yanming Ma en zijn collega's aan de Jilin University, die een deeltjeszwermoptimalisatie-algoritme implementeert om de gewenste kristalstructuren te bepalen, gewoon de Li:P-verhoudingen en druk vaststellen als de enige startingangen, " Bergara en Yang verklaarden. "Zodra de meest stabiele structuren zijn geïdentificeerd, hebben we hun fysieke eigenschappen gekarakteriseerd. Bijvoorbeeld, we hebben hun supergeleidende eigenschappen onderzocht binnen de McMillan-Allen-Dynes-benadering."

In hun studie hebben Bergara, Yang en hun collega's meldden dat een door druk geïnduceerde stabiele Li ₆ P-electrode kan een supergeleider worden met een voorspelde supergeleidende overgangstemperatuur van 39,3K; de hoogste voorspelde tot nu toe in bekende elektroden. Ze ontdekten dat de interstitiële elektronen van de verbinding, met dumbbell-achtige verbonden elektrodetoestanden, een dominante rol spelen in deze supergeleidende transitie.

"Onze voorspelling verbreekt niet alleen het supergeleidende overgangstemperatuurrecord in de elektroden, maar maakt ook een beter begrip van deze materialen mogelijk, ' zeiden Bergara en Yang.

Volgens de voorspellingen van de onderzoekers andere Li-rijke fosfiden, zoals Li ₅ P, Li ₁₁ P ₂ , Li ₁ 5P ₂ , en Li ₈ P, kunnen ook supergeleidende elektroden zijn, toch hun T _C zal naar verwachting lager zijn. Deze recente studie van Bergara, Yang en hun collega's kunnen de weg vrijmaken voor verder onderzoek naar supergeleiding bij hoge temperaturen in vergelijkbare binaire verbindingen.

"Wij geloven dat het onderzoek naar supergeleidende elektroden net is begonnen, " zeiden Bergara en Yang. "Er valt nog veel te ontdekken, bijvoorbeeld, de analyse van het supergeleidende mechanisme in nieuwe elektrodenverbindingen, vooral onder hoge druk. Zoals we in dit artikel hebben laten zien, een effectieve manier om dergelijke supergeleidende materialen te ontwerpen is om metallische elektrodenverbindingen te onderzoeken die worden gevormd tussen zwakke elektronegatieve en sterke elektropositieve elementen."

© 2019 Wetenschap X Netwerk