Το δισδιάστατο ηλεκτρίδιο υλικό δημιουργεί έναν πολλά υποσχόμενο υπεραγωγό - Physics World

Το δισδιάστατο ηλεκτρίδιο υλικό δημιουργεί έναν πολλά υποσχόμενο υπεραγωγό - Physics World

Χρονική σήμανση: 18 Οκτωβρίου 2023 7:00 π.μ.

Διάγραμμα AlH2
Σε μια 2D μονοστιβάδα υδριδίου αλουμινίου (AlH2), η περίσσεια ανιονικών ηλεκτρονίων που παρέχεται από το αλουμίνιο περιορίζεται στα διάκενα του πλέγματος αλουμινίου. Η εφαρμογή παραμόρφωσης αλλάζει αυτή τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων και αυξάνει την κρίσιμη θερμοκρασία για την υπεραγωγιμότητα. (Ευγενική προσφορά: Z Zhao)

Μια νέα θεωρητική μελέτη ρίχνει νέο φως στη σχέση μεταξύ της υπεραγωγιμότητας και των «πλεονάζοντων» ηλεκτρονίων σε υλικά γνωστά ως ηλεκτρίδια. Η μελέτη, σε μια μονοστιβάδα υδριδίου αλουμινίου, δείχνει ότι αυτό το υλικό πρέπει να είναι ένας συμβατικός υπεραγωγός με κρίσιμη θερμοκρασία μετάβασης TC 38 K – η υψηλότερη γνωστή υπεραγώγιμη θερμοκρασία μετάπτωσης μεταξύ όλων των δισδιάστατων ηλεκτριδίων που έχουν αναφερθεί μέχρι σήμερα.

Τα ηλεκτρίδια είναι ένας τύπος εξωτικού ιοντικού στερεού που περιέχει περισσότερα ηλεκτρόνια από ό,τι αναμενόταν από την κλασική θεωρία (δεσμός σθένους). Αυτά τα πρόσθετα ηλεκτρόνια είναι γνωστά ως ενδιάμεσα ανιονικά ηλεκτρόνια (IAEs) επειδή δεν είναι συνδεδεμένα με κανένα άτομο. Αντίθετα, παγιδεύονται σε κενά μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα του υλικού.

Η θεωρία προτείνει ότι ο χειρισμός αυτών των IAE θα μπορούσε να προσφέρει μια νέα διαδρομή για τη διαμόρφωση των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων ενός υλικού. Μια άλλη, ακόμη πιο δελεαστική πιθανότητα είναι ότι τα ΙΑΕ θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν πιο έντονα με τους κραδασμούς του κρυσταλλικού πλέγματος (φωνόνια) από τα «κανονικά» ηλεκτρόνια, κάτι που θα οδηγούσε σε υπεραγωγιμότητα.

Τα περισσότερα υπεραγώγιμα ηλεκτρίδια που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα, ωστόσο, είναι ογκώδη τρισδιάστατα υλικά, τα οποία γίνονται υπεραγώγιμα μόνο σε πολύ υψηλές πιέσεις (εκατοντάδες gigapascal) ή πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (κάτω από 10 K). Αυτό περιορίζει τις εφαρμογές τους σε τομείς όπως υπεραγώγιμες κβαντικές παρεμβολές και συσκευές κβαντικής κουκκίδας υπεραγωγών ενός ηλεκτρονίου.

Πιο ελπιδοφόρα, οι ερευνητές ανακάλυψαν πρόσφατα ότι τα δισδιάστατα (2D) ηλεκτρίδια μπορούν επίσης να συμπεριφέρονται ως υπεραγωγοί - και σε κανονικές πιέσεις, επίσης. Δυστυχώς, τα 2D ηλεκτρίδια που μελετήθηκαν προηγουμένως εξακολουθούν να υποφέρουν από πολύ χαμηλά επίπεδα Tcs.

Ένα νέο μονοστρωματικό υλικό

Στην τελευταία δουλειά, Τζιτζούν Ζάο και συναδέλφους στο Βασικό Εργαστήριο Τροποποίησης Υλικών με Δέσμες Λέιζερ, Ιόντων και Ηλεκτρονίων κατά τη Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Dalian, η Κίνα μελέτησε μια μονοστιβάδα υδριδίου του αργιλίου (AlH2) στην οποία η περίσσεια ανιονικών ηλεκτρονίων που παρέχει το αλουμίνιο περιορίζεται στα διάκενα του πλέγματος αλουμινίου. Αυτό το δισδιάστατο υλικό είναι σταθερό χάρη στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των IAE και του πλέγματος.

Χρησιμοποιώντας αναλύσεις συνάρτησης εντοπισμού ηλεκτρονίων, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο δεσμός αλουμινίου-υδρογόνου είναι ιοντικός και ότι κάθε άτομο υδρογόνου κερδίζει περίπου 0.9 ηλεκτρόνια από κάθε άτομο αλουμινίου, το οποίο τείνει να χάσει τρία ηλεκτρόνια σθένους. Ωστόσο, δεδομένου ότι το H- Το ανιόν δεν μπορεί να φιλοξενήσει άλλα ηλεκτρόνια, τα εναπομείναντα ηλεκτρόνια που παρέχονται από το αλουμίνιο καταλήγουν στα διάκενα του πλέγματος, με αποτέλεσμα μια κατάσταση ηλεκτριδίου μηδενικών διαστάσεων. Περαιτέρω υπολογισμοί επιβεβαίωσαν την παρουσία των IAEs και αυτής της κατάστασης ηλεκτριδίου.

Ανώτατο Τc για οποιοδήποτε γνωστό 2D ηλεκτρίδιο

Απροσδόκητα, η ομάδα Dalian διαπίστωσε επίσης ότι τα IAE που παρέχονται από το αλουμίνιο δεν ευθύνονται για την υπεραγωγιμότητα του υλικού. Αυτό, λέει ο Zhao, είναι «ένα άλλο καινοτόμο σημείο στη δουλειά μας» και «σε αντίθεση με αυτό που έχει παρατηρηθεί για τα περισσότερα προηγουμένως γνωστά υπεραγώγιμα ηλεκτρίδια». Αντίθετα, είναι το 1 των ατόμων υδρογόνουs ηλεκτρόνια που συνδέονται έντονα με τις φωνητικές δονήσεις του αλουμινίου που επιτρέπουν στο υλικό να γίνει ένας συμβατικός ("BCS") υπεραγωγός με Tc από 38 Κ.

Και δεν ήταν μόνο αυτό: οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι η εφαρμογή μιας διαξονικής τάσης 5% στο AlH2 μπορεί να αυξήσει αυτό Tc σε 53 K. Αυτό συμβαίνει επειδή το στέλεχος μετατρέπει τα IAEs σε πλανόδια ηλεκτρόνια, τα οποία προάγουν το σχηματισμό των σταθερών ζευγών ηλεκτρονίων Cooper που απαιτούνται για την υπεραγωγιμότητα, λένε.

«Η θεωρητική μας μελέτη δημιουργεί μια ενιαία εικόνα σχετικά με τη σχέση μεταξύ των IAEs, τη δυναμική σταθερότητα του πλέγματος κεντρικού υπολογιστή και την υπεραγωγιμότητα στο AlH2 μονοστρωματικό», λέει το μέλος της ομάδας Xue Jiang Κόσμος Φυσικής. «Παρουσιάζει ένα σημαντικό βήμα προς την ολοκληρωμένη κατανόηση των 2D υπεραγώγιμων ηλεκτριδίων, τα οποία με τη σειρά τους ανοίγουν νέους δρόμους προς νέες κατηγορίες υψηλώνTc υπεραγωγοί χαμηλών διαστάσεων».

Η ομάδα του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Dalian εστιάζει τώρα σε ένα ευρύτερο φάσμα υλικών χαμηλών διαστάσεων με υπεραγωγιμότητα ή άλλες εξωτικές ηλεκτρονικές ιδιότητες.

Η εργασία περιγράφεται αναλυτικά στο Κινεζικά γράμματα φυσικής.

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κόσμος Φυσικής