Forskare vid Tokyo Institute of Technology, Kanagawa Academy of Science and Technology har rapporterat en ovanlig avgiftsfördelning av Pb ²⁺ Pb ⁴⁺³ Co ²⁺² Co ³⁺² O ¹² för en perovskit PbCoO ³ syntetiserad vid 12 GPa, med avgiftsbeställningar på A- och B-platserna för en ABO ³ perovskite. Denna strategi kan möjligen leda till produktion av nästa generations material med fascinerande egenskaper som supraledning, kolossal magnetresistans, och hög termoeffekt.

Övergångsmetaller (TM) uppvisar laddningsgrad av frihet, resulterar i intressanta egenskaper, såsom laddningsordning relaterad till metallisolatorövergångar, hög temperatur supraledning, kolossal magnetresistans, och hög termoeffekt. Metalljoner med halvheltalsvalens tenderar att delas upp i två rumsligt ordnade heltalsvalensjoner. Att realisera ett halvheltals valenstillstånd och laddningsordning på B-platsen för en perovskit ABO ³ , två eller flera element med olika valenser måste blandas i A-platsen.

En grupp forskare, Prof. Masaki Azuma från Tokyo Institute of Technology, och Dr. Yuki Sakai vid Kanagawa Academy of Science and Technology och kollegor, har rapporterat ett ovanligt halvheltals medelavgiftssystem Pb ^3,5+ M ^2,5+ O ³ med avgiftsbeställning på A- och B-platserna för en perovskite PbCoO ³ . Vidare, laddningsordningarna på dessa platser stabiliserades genom att ställa in energinivåerna för Pb 6s och TM 3d orbitaler. Beräkningar av bindningsvalenssumma visade en valensfördelning av Pb ²⁺ Pb ⁴⁺³ Co ²⁺² Co ³⁺² O ¹² , med Pb och Co som uppvisar laddningsordning trots den kemiska sammansättningen av PbCoO ³ . Som förväntat, det genomsnittliga oxidationstillståndet var Pb ^3,5+ Co ^2,5+ O ³ , med halvheltalsvalenser i både A- och B-ställen i perovskitstrukturen stabiliserad av de balanserade Pb 6s- och Co 3d-nivåerna. Valensfördelningen av PbMO ³ kontrollerades genom att ställa in djupet på d-nivån för M. Den komplexa valensfördelningen förväntas förändras vid störningar, t.ex., tryck och kemisk modifiering. Till exempel, när Co-laddningsbeställningen smälts, Pb ^2+0,25 Pb ^4+0,75 Co ^2,5+ O ³ är formad, Pb ^2+0,5 Pb ^4+0,5 Co ³⁺ O ³ bildas först av den intermetalliska laddningsöverföringen mellan Pb och Co och sedan eventuellt Pb ²⁺ Co ⁴⁺ O ³ under press.

I framtiden, tillämpningen av strategin att realisera blandade valenstillstånd i A- och B-ställena för perovskitföreningar via inställning av energiskillnaden mellan Pb 6s och övergångsmetall 3d-orbitaler kommer att rapporteras för andra system med valensöverhoppande element, t.ex., Au, Tl, och Sb.