Bilden till vänster visar atomstrukturen för Li6P-föreningen, och till höger är den elektroniska laddningstätheten plottad, där den elektroniska lokaliseringen vid mellansidesannonserna kan ses i rött. Kredit:Zhao et al.
Forskare vid Northeast Normal University, i Kina, och universitetet i Baskien, i Spanien, har nyligen genomfört en studie som undersöker den supraledande övergången av elektrider. Forskarna observerade att en tryckinducerad stabil Li 6 P, identifieras av första principerna svärmstrukturberäkningar, kan bli en supraledare med en avsevärt hög supraledande övergångstemperatur.
"Med tanke på de breda potentiella tillämpningarna av supraledande material, förståelsen av högtemperatursupraledare är en viktig vetenskaplig utmaning inom den kondenserade materiens fysik, "Aitor Bergara och Guochun Yang, två av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org, via e-post.
Elektroder är joniska föreningar där de flesta elektroner finns i mellanliggande områden av kristallen och beter sig som anjoner. På grund av deras strukturella egenhet, dessa föreningar har intressanta fysikaliska egenskaper. Till exempel, storleken och fördelningen av deras interstitiella elektroner kan effektivt moduleras, antingen genom att justera deras kemiska sammansättning eller yttre förhållanden, såsom tryck.
Övergripande, Elektroder är mycket dåliga supraledare. Till exempel, den experimentellt observerade supraledande övergångstemperaturen för en kanonisk elektrid [Ca 24 Al 28 O 64 ] 4+ (4e - ) 4 är ~0,4 K. Å andra sidan, det är nu välkänt att under högt tryck, alkalimetaller kan lätt förlora sina yttre orbitala elektroner och bilda elektrider.
"Intressant, tryckinducerad litium (Li) elektrid är metallisk, " sa Bergara och Yang. "Dessutom, fosfor (P) uppvisar en måttlig elektronegativitet, så att de kan fånga in några elektroner i Li-P-föreningar som är rika på Li-P, medan de återstående elektronerna kan finnas kvar i mellanliggande områden. Således, som vi förutspår är detta arbete, det skulle vara möjligt att justera morfologin för interstitiella elektroner genom att ändra förhållandet mellan Li och P och, därför, erhålla föreningar med nya elektroniska egenskaper. Till exempel, enligt våra beräkningar, Li 6 P-elektriden förutspås ha en supraledande övergångstemperatur på 39,3 K, slår det befintliga rekordet bland elektriderna."
Förutsäga atomstrukturen av material från första principer (baserat endast på deras sammansättning), är en extremt utmanande uppgift. Det kräver vanligtvis klassificering av ett stort antal energiminima på ett flerdimensionellt energiytgitter. Under de senaste åren har forskare har introducerat flera beräkningsmetoder som kan påskynda denna process, varav en heter CALYPSO.
"I vår studie har vi använt Calypso-programmet som utvecklats av Yanming Ma och hans kollegor vid Jilin University, som implementerar en partikelsvärmoptimeringsalgoritm för att bestämma de föredragna kristallstrukturerna, bara fixa Li:P-förhållandena och trycket som de enda startingångarna, Bergara och Yang förklarade. "När de mest stabila strukturerna väl har identifierats har vi karakteriserat deras fysiska egenskaper. Till exempel, vi har utforskat deras supraledande egenskaper inom McMillan-Allen-Dynes approximation."
I deras studie, Bergara, Yang och deras kollegor rapporterade att en tryckinducerad stabil Li 6 P-elektrid kan bli en supraledare med en förutspådd supraledande övergångstemperatur på 39,3K; den högsta förutspådde hittills i kända elektroder. De fann att föreningens interstitiella elektroner, med hantelliknande anslutna elektridtillstånd, spelar en dominerande roll i denna supraledande övergång.
"Vår förutsägelse slår inte bara det supraledande övergångstemperaturrekordet i elektroderna, men ger också en bättre förståelse för dessa material, " sa Bergara och Yang.
Enligt forskarnas förutsägelser, andra Li-rika fosfider, såsom Li 5 P, Li 11 P 2 , Li 1 5P 2 , och Li 8 P, kan också vara supraledande elektroder, ändå deras T c förväntas bli lägre. Denna nyligen genomförda studie av Bergara, Yang och deras kollegor kan bana väg för ytterligare forskning som utforskar högtemperatursupraledning i liknande binära föreningar.
"Vi tror att forskning om supraledande elektroder precis har börjat, ", sa Bergara och Yang. "Det finns fortfarande mycket att utforska, till exempel, analysen av den supraledande mekanismen i nya elektridföreningar, speciellt under högt tryck. Som vi har visat i den här artikeln, ett effektivt sätt att designa sådana supraledande material är att utforska metalliska elektridföreningar bildade mellan svaga elektronegativa och starka elektropositiva element."
© 2019 Science X Network
