Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Quasi-2D spin-Peierls-overgang door interstitiële anionische elektronen in K(NH₃)₂

De convexe rompen, de geprojecteerde bandstructuur en de gedeeltelijke toestandsdichtheid waarbij de oranje stippen de bijdragen van de interstitiële locaties vertegenwoordigen. De ELF en de gedeeltelijke elektronendichtheid (PED) van de band die het Fermi-niveau kruist, en de bijbehorende dwarsdoorsnedekaarten. Het boven- en zijaanzicht van de Fermi-vlakken met zadelpunten. Krediet:Science China Press

In een artikel gepubliceerd in Science Bulletin , voorspelt een Chinees team van wetenschappers een nieuw elektrode K(NH3 )2 , met interstitiële elektronen verdeeld over kooien gevormd door zes ammoniakmoleculen en die een quasi-2D driehoekig rooster vormen. Ze hebben onthuld dat dit materiaal onder gematigde druk een spin-Peierls-faseovergang ondergaat.



Deze studie werd geleid door prof. Jian Sun (National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Physics and Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University). Het team gebruikte hun zelf ontwikkelde software voor het voorspellen van de kristalstructuur, MAGUS, en voerde basisberekeningen uit om de kristalstructuren van de kaliumammoniakverbinding onder gematigde druk te bepalen, die al lange tijd als elektrode wordt herkend bij omgevingscondities.

Elektron-fonon-interacties en elektron-elektron-correlaties vertegenwoordigen twee cruciale facetten in de fysica van de gecondenseerde materie. In een modelsysteem van een halfgevulde spin-1/2 anti-ferromagnetische keten kan de roosterdimerisatie geïnduceerd door elektron-kerninteractie worden geïntensiveerd door Coulomb-afstoting ter plaatse, resulterend in een spin-Peierls-toestand. In twee dimensies is het echte materiaal dat dergelijke verschijnselen vertoont echter nooit gevonden.

Aan de andere kant zijn elektroden materialen waarin niet-gebonden elektronen kristalleemtes bezetten en anionisch gedrag (IAE's) vertonen. Het is algemeen bekend dat de correlaties tussen spin-gepolariseerde IAE's en hun koppeling met aangrenzende kernen interessantere kwantumfenomenen zouden kunnen veroorzaken.

Tot nu toe zijn er echter maar heel weinig werken geweest waarin de interacties tussen de gecorreleerde IAE's en fononen zijn onderzocht. Een van de belangrijkste redenen is het grote aantal atomen in organische elektroden, waar de meeste anti-ferromagnetische IAE's naar voren komen.

De van-Hove-singulariteiten, fononverzachting en roosterdimerisatie. Het zigzag-type anti-ferromagnetisme dat voortkomt uit interstitiële elektronen, door IAE's ontlede toestandsdichtheid en drukafhankelijke enthalpiecurven voor de vervormde en onvervormde structuren met verschillende magnetische ordes. Krediet:Science China Press

Het team identificeerde dat de R-3m K(NH3 )2 bereikt thermodynamische stabiliteit bij ongeveer 2 GPa, waarbij gebruik wordt gemaakt van een primitieve rhomboëdrische cel, en de ammoniakmoleculen bevinden zich aan beide zijden van de kaliumlagen.

Een deel van de valentie-elektronen wordt verdeeld in holtes tussen de lagen omgeven door zes waterstofatomen, waardoor interstitiële anionische elektronen worden gevormd. De band die het Fermi-niveau overschrijdt, wordt voornamelijk toegeschreven aan deze IAE's, die bestaan ​​als geïsoleerde entiteiten met overbruggende ammoniakmoleculen.

De onderzoekers onderzochten ook de drukeffecten op de fonon- en elektronische eigenschappen. De van-Hove-singulariteiten (VHS's) worden onder hogere druk naar het Fermi-niveau gebracht, wat de instabiliteit van het Peierls-type en de gedimeriseerde structuur induceert. Deze VHS's dragen ook bij aan een stapvormige toestandsdichtheid, waardoor de elektronencorrelaties worden verbeterd en magnetische instabiliteit wordt veroorzaakt. De magnetische grondtoestand blijkt anti-ferromagnetisme van het zigzag-type te zijn, dat kan worden beschreven door het Heisenberg-model met gemoduleerde dichtstbijzijnde aangrenzende magnetische interacties.

Belangrijker nog is dat berekeningen uit de eerste beginselen laten zien dat magnetische instabiliteit en Peierls-instabiliteit niet alleen naast elkaar bestaan, maar ook een positieve wisselwerking vertonen, waardoor een scenario van spin-Peierls-overgang ontstaat dat ongekend is in realistisch 2D-materiaal, vooral als het gaat om IAE's.

"Het is heel intrigerend om zulke overvloedige fysieke verschijnselen in realistisch materiaal te onthullen. De interacties tussen gecorreleerde IAE's en fononen kunnen inspiratie bieden voor het onderzoek naar magnetische interacties, structurele vervormingen en ladingsdichtheidsgolven", zegt Jian.

Meer informatie: Chi Ding et al, Quasi-2D spin-Peierls-overgang door interstitiële anionische elektronen in K(NH3 )2 , Wetenschapsbulletin (2024). DOI:10.1016/j.scib.2024.02.016

Aangeboden door Science China Press




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Dennen kappen:eerder vroeger dan later doen is beter voor fynbos
  2. Dichte vloeistofdruppels fungeren als mobiele computers
  3. Marine Protected Areas in Antarctica moeten jonge keizerspinguïns bevatten, zeggen wetenschappers
  4. Nieuw onderzoek benadrukt de noodzaak om te leren van klimaatveranderingen uit het verleden
  5. Dominant Allele: wat is het? & Waarom gebeurt het? "(with Traits Chart)
  6. Komt mitose voor in Prokaryoten, Eukaryoten of Beide?
  7. Vangstvissen kan temperatuurpieken veroorzaken bij haaien
  8. Wat is het laatste nieuws over de darmflora? Concordia-studenten microbiologie publiceren hun bevindingen
  9. Wat de olifantshaai ons kan vertellen over progesteron

Wetenschap