مادة الإلكتريد ثنائية الأبعاد تصنع موصلاً فائقًا واعدًا – عالم الفيزياء

تلقي دراسة نظرية جديدة ضوءًا جديدًا على العلاقة بين الموصلية الفائقة والإلكترونات "الزائدة" في المواد المعروفة باسم الإلكترودات. تظهر الدراسة، التي أجريت على طبقة أحادية من هيدريد الألومنيوم، أن هذه المادة يجب أن تكون موصلًا فائقًا تقليديًا مع درجة حرارة انتقالية حرجة T_C 38 كلفن - أعلى درجة حرارة انتقالية معروفة للموصلية الفائقة بين جميع الأقطاب الكهربائية ثنائية الأبعاد التي تم الإبلاغ عنها حتى الآن.

الإلكتريدات هي نوع من المواد الصلبة الأيونية الغريبة التي تحتوي على إلكترونات أكثر مما هو متوقع من النظرية الكلاسيكية (رابطة التكافؤ). تُعرف هذه الإلكترونات الإضافية بالإلكترونات الأنيونية الخلالية (IAEs) لأنها غير مرتبطة بأي ذرات. وبدلاً من ذلك، فهي محاصرة في فراغات داخل الشبكة البلورية للمادة.

تشير النظرية إلى أن معالجة هذه الـ IAEs يمكن أن يوفر طريقًا جديدًا لتعديل الخصائص الإلكترونية للمادة. وهناك احتمال آخر أكثر إثارة، وهو أن الإلكترونات IAE يمكن أن تتفاعل بقوة أكبر مع اهتزازات الشبكة البلورية (الفونونات) مقارنة بالإلكترونات "العادية"، الأمر الذي قد يؤدي إلى الموصلية الفائقة.

ومع ذلك، فإن معظم الإلكترودات فائقة التوصيل التي تمت دراستها حتى الآن كانت عبارة عن مواد سائبة ثلاثية الأبعاد، والتي تصبح فائقة التوصيل فقط عند ضغوط عالية جدًا (مئات الجيجا باسكال) أو درجات حرارة منخفضة جدًا (أقل من 10 كلفن). وهذا يحد من تطبيقاتها في مجالات مثل التداخل الكمي فائق التوصيل وأجهزة النقاط الكمومية فائقة التوصيل أحادية الإلكترون.

والأمر الأكثر واعدة هو أن الباحثين اكتشفوا مؤخراً أن الإلكترودات ثنائية الأبعاد من الممكن أن تتصرف أيضاً كموصلات فائقة - وفي الضغوط العادية أيضاً. ولسوء الحظ، فإن الأقطاب الكهربائية ثنائية الأبعاد التي تمت دراستها سابقًا لا تزال تعاني من انخفاض شديد T_cs.

مادة أحادية الطبقة جديدة

في آخر عمل ، جيجون تشاو والزملاء في المعمل الرئيسي لتعديل المواد بأشعة الليزر والأيونات والإلكترونات في جامعة داليان للتكنولوجيا، قامت الصين بدراسة طبقة أحادية من هيدريد الألومنيوم (AlH₂) حيث يتم حصر الإلكترونات الأنيونية الزائدة التي يوفرها الألومنيوم في فجوات شبكة الألومنيوم. هذه المادة ثنائية الأبعاد مستقرة بفضل التفاعلات بين IAEs والشبكة.

باستخدام تحليلات وظيفة توطين الإلكترون، وجد الباحثون أن رابطة الهيدروجين والألمنيوم هي أيونية وأن كل ذرة هيدروجين تكتسب حوالي 0.9 إلكترون من كل ذرة ألومنيوم، والتي تميل إلى فقدان ثلاثة إلكترونات تكافؤ. ومع ذلك، منذ H^- لا يستطيع الأنيون استيعاب المزيد من الإلكترونات، وأي إلكترونات متبقية يوفرها الألومنيوم ينتهي بها الأمر في فجوات الشبكة، مما يؤدي إلى حالة إلكتريد صفرية البعد. وأكدت الحسابات الإضافية وجود IAEs وحالة الإلكترود هذه.

أعلى ت_c لأي إلكترود ثنائي الأبعاد معروف

وبشكل غير متوقع، وجد فريق داليان أيضًا أن الـ IAEs التي يوفرها الألومنيوم ليست مسؤولة عن الموصلية الفائقة للمادة. يقول تشاو إن هذه "نقطة مبتكرة أخرى في عملنا" و"على النقيض مما تمت ملاحظته بالنسبة لمعظم الأقطاب الكهربائية فائقة التوصيل المعروفة سابقًا". وبدلا من ذلك، فهي ذرات الهيدروجين 1s الإلكترونات التي تقترن بقوة بالاهتزازات الصوتية للألمنيوم التي تسمح للمادة بأن تصبح موصلًا فائقًا تقليديًا ("BCS") مع T_c 38 ك.

يمكن لأكاسيد البلاديوم أن تصنع موصلات فائقة أفضل

ولم يكن هذا كل شيء: فقد وجد الباحثون أيضًا أنه يتم تطبيق سلالة ثنائية المحور بنسبة 5% على AlH₂ يمكن أن يزيد هذا T_c ويقولون إن ذلك يرجع إلى أن السلالة تحول الـ IAEs إلى إلكترونات متجولة، مما يعزز تكوين أزواج إلكترون كوبر المستقرة المطلوبة للموصلية الفائقة.

"تحدد دراستنا النظرية صورة موحدة حول العلاقة بين IAEs والاستقرار الديناميكي للشبكة المضيفة والموصلية الفائقة في AlH₂ يقول عضو الفريق Xue Jiang: "أحادية الطبقة". عالم الفيزياء. "إنها تمثل خطوة مهمة نحو الفهم الشامل للإلكترودات فائقة التوصيل ثنائية الأبعاد، والتي بدورها تفتح آفاقًا جديدة نحو فئات جديدة من الأقطاب الكهربائية عالية التوصيل."T_c الموصلات الفائقة منخفضة الأبعاد."

يركز فريق جامعة داليان للتكنولوجيا الآن على مجموعة واسعة من المواد منخفضة الأبعاد ذات الموصلية الفائقة أو غيرها من الخصائص الإلكترونية الغريبة.

العمل مفصل في رسائل الفيزياء الصينية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/two-dimensional-electride-material-makes-a-promising-superconductor/