Kahemõõtmeline elektrooniline materjal teeb paljulubava ülijuhi – füüsikamaailma

Uus teoreetiline uuring heidab värsket valgust ülijuhtivuse ja "liigsete" elektronide vahelisele suhtele materjalides, mida tuntakse elektriididena. Alumiiniumhüdriidi monokihi uuring näitab, et see materjal peaks olema kriitilise üleminekutemperatuuriga tavaline ülijuht T_C 38 K – kõrgeim teadaolev siirdeülijuhtivustemperatuur kõigi seni teatatud kahemõõtmeliste elektroodide seas.

Elektroidid on teatud tüüpi eksootilised ioonsed tahked ained, mis sisaldavad rohkem elektrone, kui klassikalisest (valentssideme) teooriast eeldati. Neid täiendavaid elektrone tuntakse interstitsiaalsete anioonsete elektronidena (IAE), kuna need ei ole seotud ühegi aatomiga. Selle asemel on need lõksus materjali kristallivõres olevatesse tühimikesse.

Teooria viitab sellele, et nende IAE-de manipuleerimine võib pakkuda uut teed materjali elektrooniliste omaduste moduleerimiseks. Teine, veelgi ahvatlevam võimalus on see, et IAE-d võivad kristallvõre (fonoonide) vibratsiooniga tugevamalt suhelda kui "tavalised" elektronid, mis tooks kaasa ülijuhtivuse.

Enamik seni uuritud ülijuhtivaid elektroode on aga olnud mahulised kolmemõõtmelised materjalid, mis muutuvad ülijuhtivaks ainult väga kõrgel rõhul (sadu gigapaskaleid) või väga madalatel temperatuuridel (alla 10 K). See piirab nende rakendusi sellistes valdkondades nagu ülijuhtivad kvanthäired ja üheelektronilised ülijuhid kvantpunktseadmed.

Veelgi paljutõotavamalt avastasid teadlased hiljuti, et kahemõõtmelised (2D) elektroodid võivad käituda ka ülijuhtidena – ja seda ka tavarõhul. Kahjuks kannatavad varem uuritud 2D-elektriidid endiselt väga madalate probleemide all T_cs.

Uus ühekihiline materjal

Viimases töös Jijun Zhao ja kolleegid Laser-, ioon- ja elektronkiirte abil materjalide modifitseerimise võtmelabor kell Daliani tehnikaülikoolHiina uuris alumiiniumhüdriidi monokihti (AlH₂), milles alumiiniumi ülemäärased anioonsed elektronid on piiratud alumiiniumvõre vahedega. See 2D-materjal on stabiilne tänu IAE-de ja võre vastastikmõjudele.

Kasutades elektronide lokaliseerimise funktsioonide analüüse, leidsid teadlased, et alumiinium-vesinikside on ioonne ja et iga vesinikuaatom saab igalt alumiiniumi aatomilt ligikaudu 0.9 elektroni, mis kipub kaotama kolm valentselektroni. Kuid kuna H^- anioon ei suuda enam elektrone mahutada, kõik alumiiniumist saadud ülejäänud elektronid satuvad võre vahekohtadesse, mille tulemuseks on nullmõõtmeline elektriidi olek. Täiendavad arvutused kinnitasid IAE olemasolu ja seda elektroodi olekut.

Kõrgeim T_c mis tahes teadaoleva 2D-elektriidi jaoks

Ootamatult leidis Daliani meeskond ka, et alumiiniumi pakutavad IAE-d ei vastuta materjali ülijuhtivuse eest. Zhao sõnul on see "teine ​​uuenduslik punkt meie töös" ja "vastupidiselt sellele, mida on täheldatud enamiku varem teadaolevate ülijuhtivate elektride puhul". Selle asemel on see vesinikuaatomite 1s elektronid, mis seostuvad tugevalt alumiiniumi fonooniliste vibratsioonidega, mis võimaldavad materjalil muutuda tavapäraseks (BCS) ülijuhiks. T_c 38 K.

Pallaadiumoksiidid võiksid teha paremaid ülijuhte

Ja see polnud veel kõik: teadlased leidsid ka, et AlH-le 5% kaheteljelise tüve rakendamine₂ võib seda suurendada T_c 53 K-ni. Seda seetõttu, et tüvi muudab IAE-d rändelektroniteks, mis soodustab ülijuhtivuse jaoks vajalike stabiilsete Cooperi elektronpaaride moodustumist, ütlevad nad.

"Meie teoreetiline uuring loob ühtse pildi IAE vahelise seose, peremeesvõre dünaamilise stabiilsuse ja ülijuhtivuse kohta AlH-s₂ ühekihiline," räägib meeskonnaliige Xue Jiang Füüsika maailm. "See on märkimisväärne samm 2D ülijuhtivate elektride igakülgse mõistmise suunas, mis omakorda avab uusi teid uudsete kõrgetasemeliste elektriklasside suunas.T_c madalamõõtmelised ülijuhid.

Daliani tehnikaülikooli meeskond keskendub nüüd laiemale valikule ülijuhtivuse või muude eksootiliste elektrooniliste omadustega madalamõõtmeliste materjalidega.

Töö on üksikasjalikult kirjeldatud Hiina füüsika kirjad.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/two-dimensional-electride-material-makes-a-promising-superconductor/