חומר אלקטריד דו מימדי יוצר מוליך-על מבטיח - עולם הפיזיקה

מחקר תיאורטי חדש שופך אור חדש על הקשר בין מוליכות-על לבין אלקטרונים "עודפים" בחומרים המכונים אלקטרידים. המחקר, על חד-שכבה של אלומיניום הידריד, מראה שחומר זה צריך להיות מוליך-על קונבנציונלי עם טמפרטורת מעבר קריטית T_C של 38 K - טמפרטורת מוליכות המעבר הגבוהה ביותר הידועה מבין כל האלקטרידים הדו-ממדיים שדווחו עד כה.

אלקטרידים הם סוג של מוצק יוני אקזוטי המכילים יותר אלקטרונים מהצפוי מהתיאוריה הקלאסית (קשר ערכיות). אלקטרונים נוספים אלו ידועים כאלקטרונים אנווניים בין-סטיליים (IAE) מכיוון שהם אינם קשורים לאף אטום. במקום זאת, הם לכודים בחללים בתוך הסריג הגבישי של החומר.

התיאוריה מציעה כי מניפולציה של IAEs אלה יכולה להציע מסלול חדש למודול תכונות אלקטרוניות של חומר. אפשרות נוספת, אפילו יותר מפתה, היא ש-IAEs יכולים לקיים אינטראקציה חזקה יותר עם רעידות של סריג הגביש (פונונים) מאשר אלקטרונים "רגילים", מה שיוביל למוליכות-על.

עם זאת, רוב האלקטרידים המוליכים-על שנחקרו עד כה, היו חומרים תלת-ממדיים בתפזורת, שהופכים למוליכים-על רק בלחצים גבוהים מאוד (מאות ג'יגה-פסקל) או טמפרטורות נמוכות מאוד (מתחת ל-10 K). זה מגביל את היישומים שלהם בתחומים כמו הפרעות קוונטיות מוליכות-על והתקני-על מוליכים קוונטיים עם אלקטרון בודד.

באופן מבטיח יותר, חוקרים גילו לאחרונה שאלקטרידים דו-ממדיים (2D) יכולים להתנהג גם כמוליכי-על - וגם בלחצים רגילים. לרוע המזל, האלקטרידים הדו-ממדיים שנחקרו בעבר עדיין סובלים ממצב נמוך מאוד T_cs.

חומר חד-שכבתי חדש

בעבודה האחרונה, ג'יג'ון ז'או ועמיתים במשרד מעבדת מפתח לשינוי חומרים באמצעות קרני לייזר, יונים ואלקטרונים ב האוניברסיטה הטכנולוגית של דליאן, סין חקרה חד-שכבה של אלומיניום הידריד (AlH₂) שבהם עודפי אלקטרונים אניונים המסופק על ידי האלומיניום כלואים במרווחים של סריג האלומיניום. חומר דו-ממדי זה יציב הודות לאינטראקציות בין ה-IAEs והסריג.

באמצעות ניתוחי פונקציית לוקליזציה של אלקטרונים, החוקרים מצאו שקשר האלומיניום-מימן הוא יוני ושכל אטום מימן צובר כ-0.9 אלקטרונים מכל אטום אלומיניום, אשר נוטה לאבד שלושה אלקטרונים ערכיים. עם זאת, מאז ה-H^- אניון לא יכול להכיל יותר אלקטרונים, כל האלקטרונים שנותרו המסופק על ידי האלומיניום מגיעים למרווחי הסריג, וכתוצאה מכך מצב אלקטריד אפס ממדי. חישובים נוספים אישרו את נוכחותם של IAEs ומצב אלקטריד זה.

ה-T הגבוה ביותר_c לכל אלקטריד דו מימדי ידוע

באופן בלתי צפוי, צוות דאליאן מצא גם שה-IAEs שסופק על ידי האלומיניום אינם אחראים למוליכות-העל של החומר. זו, אומר ז'או, היא "עוד נקודה חדשנית בעבודה שלנו" ו"בניגוד למה שנצפה עבור רוב האלקטרידים המוליכים המוכרים בעבר". במקום זאת, זה 1 של אטומי המימןs אלקטרונים שמתחברים חזק עם התנודות הפונוניות של האלומיניום המאפשרות לחומר להפוך למוליך-על קונבנציונלי ("BCS") עם T_c של 38 K.

תחמוצות פלדיום יכולות ליצור מוליכים טובים יותר

וזה לא הכל: החוקרים מצאו גם שהפעלת מתח דו-צירי של 5% על ה-AlH₂ יכול להגדיל את זה T_c ל-53 K. הסיבה לכך היא שהזן הופך את ה-IAE לאלקטרונים נודדים, מה שמקדם את היווצרותם של צמדי האלקטרונים היציבים של קופר הנדרשים למוליכות-על, הם אומרים.

"המחקר התיאורטי שלנו מבסס תמונה מאוחדת על הקשר בין IAEs, היציבות הדינמית של הסריג המארח ומוליכות-על ב-AlH₂ חד-שכבתי", מספר חבר הצוות שו ג'יאנג עולם הפיזיקה. "זה מציג צעד משמעותי לקראת ההבנה המקיפה של אלקטרידות מוליכות-על דו-ממדיות, אשר בתורן פותחות אפיקים חדשים לקראת כיתות חדשות שלT_c מוליכים בעלי מימדים נמוכים."

צוות אוניברסיטת דאליאן לטכנולוגיה מתמקד כעת במגוון רחב יותר של חומרים בעלי ממדים נמוכים עם מוליכות-על או תכונות אלקטרוניות אקזוטיות אחרות.

העבודה מפורטת ב מכתבי פיזיקה סינית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/two-dimensional-electride-material-makes-a-promising-superconductor/