A kétdimenziós elektrid anyag ígéretes szupravezetőt alkot – a fizika világát

A kétdimenziós elektrid anyag ígéretes szupravezetőt alkot – a fizika világát

Időbélyeg: 18. október 2023. 7:00

AlH2 diagramja
2D egyrétegű alumínium-hidridben (AlH2), az alumínium által biztosított többlet anionos elektronok az alumíniumrács hézagjaiban vannak bezárva. A feszültség alkalmazása megváltoztatja ezt az elektronkonfigurációt, és megemeli a szupravezetés kritikus hőmérsékletét. (jóvoltából: Z Zhao)

Egy új elméleti tanulmány új megvilágításba helyezi a szupravezetés és a „felesleges” elektronok kapcsolatát az elektrodoknak nevezett anyagokban. Az alumínium-hidrid egyrétegű vizsgálata azt mutatja, hogy ennek az anyagnak hagyományos szupravezetőnek kell lennie kritikus átmeneti hőmérséklettel. TC 38 K – ez a legmagasabb ismert átmeneti szupravezető hőmérséklet az összes eddig bejelentett kétdimenziós elektród közül.

Az elektrridek egyfajta egzotikus ionos szilárd anyag, amely több elektront tartalmaz, mint amennyi a klasszikus (valenciakötés) elméletből várható. Ezeket a további elektronokat intersticiális anionos elektronoknak (IAE) nevezik, mivel nem kötődnek egyetlen atomhoz sem. Ehelyett az anyag kristályrácsán belüli üregekben rekednek.

Az elmélet azt sugallja, hogy ezen IAE-k manipulálása új utat kínálhat az anyag elektronikus tulajdonságainak módosításához. Egy másik, még izgalmasabb lehetőség az, hogy az IAE erősebb kölcsönhatásba léphet a kristályrács rezgéseivel (fononokkal), mint a „normál” elektronok, ami szupravezetéshez vezetne.

A legtöbb eddig vizsgált szupravezető elektrrid azonban ömlesztett háromdimenziós anyag, amely csak nagyon magas nyomáson (több száz gigapascal) vagy nagyon alacsony hőmérsékleten (10 K alatt) válik szupravezetővé. Ez korlátozza alkalmazásukat olyan területeken, mint a szupravezető kvantuminterferencia és az egyelektronos szupravezető kvantumpont eszközök.

Ami még ígéretesebb, a kutatók nemrégiben felfedezték, hogy a kétdimenziós (2D) elektrridek szupravezetőként is viselkedhetnek – és normál nyomáson is. Sajnos a korábban vizsgált 2D elektródok még mindig nagyon alacsonyak Tcs.

Új egyrétegű anyag

A legújabb munkában Jijun Zhao és kollégái a Lézer-, ion- és elektronsugarakkal történő Anyagmódosítás kulcslaboratóriuma a Dalian Műszaki Egyetem, Kína egy alumínium-hidrid (AlH2), amelyben az alumínium által biztosított többlet anionos elektronok az alumíniumrács hézagaiban vannak bezárva. Ez a 2D-s anyag az IAE-k és a rács közötti kölcsönhatásoknak köszönhetően stabil.

Az elektronlokalizációs függvényelemzések segítségével a kutatók azt találták, hogy az alumínium-hidrogén kötés ionos, és minden hidrogénatom körülbelül 0.9 elektront nyer minden alumíniumatomról, ami három vegyértékelektront veszít. Mivel azonban a H- Az anion nem tud több elektront befogadni, az alumínium által biztosított maradék elektronok a rács hézagaiba kerülnek, ami nulla dimenziós elektrid állapotot eredményez. További számítások megerősítették az IAE jelenlétét és ezt az elektrid állapotot.

A legmagasabb Tc bármely ismert 2D elektródhoz

A Dalian csapata váratlanul azt is megállapította, hogy az alumínium által biztosított IAE-k nem felelősek az anyag szupravezető képességéért. Zhao szerint ez „egy másik innovatív pont a munkánkban”, és „ellentétben azzal, amit a legtöbb korábban ismert szupravezető elektród esetében megfigyeltek”. Ehelyett ez a hidrogénatomok 1s elektronok, amelyek erősen párosulnak az alumínium fononikus rezgéseivel, ami lehetővé teszi, hogy az anyag hagyományos („BCS”) szupravezetővé váljon. Tc 38 K.

És ez még nem minden: a kutatók azt is megállapították, hogy 5%-os biaxiális feszültséget alkalmazva az AlH-ra2 növelheti ezt Tc Ennek az az oka, hogy a törzs az IAE-ket vándorelektronokká alakítja, ami elősegíti a szupravezetéshez szükséges stabil Cooper-elektronpárok kialakulását.

„Elméleti tanulmányunk egységes képet ad az IAE, a gazdarács dinamikus stabilitása és az AlH szupravezetés közötti kapcsolatáról2 egyrétegű” – mondja Xue Jiang csapattag Fizika Világa. „Jelentős lépést jelent a 2D szupravezető elektródák átfogó megértése felé, ami viszont új utakat nyit a nagy teljesítményű elektródák új osztályai felé.Tc kis dimenziós szupravezetők.”

A Dalian Műszaki Egyetem csapata most a szupravezető képességgel vagy más egzotikus elektronikus tulajdonságokkal rendelkező, kis dimenziójú anyagok szélesebb körére összpontosít.

A munka részletesen a Kínai fizika levelek.

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa