二次元エレクトライド材料は有望な超伝導体を作る – Physics World

新しい理論研究は、超伝導性とエレクトライドとして知られる材料中の「過剰な」電子との関係に新たな光を当てています。 水素化アルミニウムの単層に関する研究では、この材料が臨界転移温度を有する従来の超電導体であるべきであることが示されています。 T_C 38 K – これまでに報告されているすべての二次元エレクトライドの中で最も高い既知の遷移超伝導温度。

エレクトライドは、古典的な (原子価結合) 理論から予想されるよりも多くの電子を含む、エキゾチックなイオン固体の一種です。 これらの追加の電子は、どの原子にも結合していないため、格子間アニオン電子 (IAE) として知られています。 代わりに、それらは材料の結晶格子内の空隙に閉じ込められます。

理論によれば、これらの IAE を操作することで、材料の電子特性を調節する新しい方法が提供される可能性があります。 もうXNUMXつの、さらに魅力的な可能性は、IAEが「通常の」電子よりも結晶格子の振動（フォノン）とより強く相互作用し、それが超伝導を引き起こす可能性があるということです。

しかし、これまでに研究されている超伝導エレクトライドのほとんどはバルクの三次元材料であり、非常に高い圧力（数百ギガパスカル）または非常に低い温度（10K未満）でのみ超伝導になります。 これにより、超伝導量子干渉や単電子超伝導量子ドットデバイスなどの分野での応用が制限されます。

さらに有望なことに、研究者らは最近、二次元 (2D) エレクトライドが常圧でも超伝導体として動作できることを発見しました。 残念ながら、以前に研究された 2D エレクトライドは依然として非常に低い影響を受けています。 T_cs.

新しい単層材料

最新作では、 ジジュン・チャオ との同僚 レーザー、イオン、電子ビームによる材料改質の主要研究室 大連工科大学, 中国は水素化アルミニウム(AlH)の単層を研究した₂) アルミニウムによって提供される過剰なアニオン電子がアルミニウム格子の隙間に閉じ込められます。 この 2D 材料は、IAE と格子間の相互作用のおかげで安定しています。

研究者らは、電子局在関数解析を用いて、アルミニウムと水素の結合はイオン結合であり、各水素原子は各アルミニウム原子から約0.9個の電子を獲得し、これによりXNUMXつの価電子が失われる傾向があることを発見した。 しかし、H以来、^– アニオンはそれ以上電子を収容できず、アルミニウムによって提供された残りの電子は最終的に格子の隙間に入り、結果としてゼロ次元のエレクトライド状態が生じます。 さらなる計算により、IAE とこのエレクトライド状態の存在が確認されました。

最高のT_c 既知の 2D エレクトライドの場合

予想外なことに、大連の研究チームは、アルミニウムによってもたらされるIAEが材料の超電導性の原因ではないことも発見した。 これは「我々の研究におけるもう一つの革新的な点」であり、「これまでに知られているほとんどの超電導エレクトライドで観察されたものとは対照的」である、とZhao氏は言う。 代わりに、それは水素原子の 1 です。s 電子はアルミニウムのフォノニック振動と強く結合し、これにより材料が従来の (「BCS」) 超伝導体になることが可能になります。 T_c 38Kの

酸化パラジウムはより優れた超電導体を作る可能性がある

それだけではありません。研究者らは、AlH に 5% の二軸ひずみを加えると、₂ これを増やすことができます T_c これは、ひずみがIAEを遍歴電子に変換し、超伝導に必要な安定したクーパー電子対の形成を促進するためだと研究者らは述べている。

「私たちの理論的研究は、IAE、ホスト格子の動的安定性、AlH における超伝導の関係についての統一的な全体像を確立しました。₂ 単層です」とチームメンバーの Xue Jiang 氏は語ります。 物理学の世界。 「これは 2D 超電導エレクトライドの包括的な理解に向けた重要な一歩となり、ひいては新しいクラスの高電導エレクトライドへの新たな道を開くことになります。」T_c 低次元超伝導体です。」

大連理工大学のチームは現在、超伝導やその他の珍しい電子特性を備えた幅広い低次元材料に焦点を当てている。

作業の詳細は 中国の物理学の手紙.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/two-dimensional-electride-material-makes-a-promising-superconductor/