Dvodimenzionalni električni material je obetaven superprevodnik – Physics World

Nova teoretična študija osvetljuje razmerje med superprevodnostjo in "presežnimi" elektroni v materialih, znanih kot elektrodi. Študija na enoplastnem aluminijevem hidridu kaže, da bi moral biti ta material običajen superprevodnik s kritično prehodno temperaturo T_C 38 K – najvišja znana prehodna superprevodna temperatura med vsemi do danes prijavljenimi dvodimenzionalnimi elektrodi.

Elektrodi so vrsta eksotične ionske trdne snovi, ki vsebuje več elektronov, kot je pričakovano po klasični teoriji (valenčne vezi). Ti dodatni elektroni so znani kot intersticijski anionski elektroni (IAE), ker niso vezani na noben atom. Namesto tega so ujeti v praznine znotraj kristalne mreže materiala.

Teorija kaže, da bi manipulacija teh IAE lahko ponudila novo pot za modulacijo elektronskih lastnosti materiala. Druga, še bolj mamljiva možnost je, da bi lahko IAE močneje vplivali na vibracije kristalne mreže (fononi) kot "normalni" elektroni, kar bi vodilo v superprevodnost.

Večina superprevodnih elektrodidov, ki so bili doslej raziskani, pa so bili masivni tridimenzionalni materiali, ki postanejo superprevodni šele pri zelo visokih tlakih (na stotine gigapaskalov) ali zelo nizkih temperaturah (pod 10 K). To omejuje njihovo uporabo na področjih, kot so superprevodne kvantne interference in enoelektronske superprevodne kvantne točke.

Še bolj obetavno je, da so raziskovalci pred kratkim odkrili, da se dvodimenzionalni (2D) elektrodi lahko obnašajo tudi kot superprevodniki – in tudi pri normalnih tlakih. Na žalost imajo 2D elektrodi, ki smo jih prej preučevali, še vedno zelo nizke vrednosti T_cs.

Nov enoslojni material

V zadnjem delu, Jijun Zhao in sodelavci na Ključni laboratorij za modifikacijo materialov z laserskimi, ionskimi in elektronskimi žarki pri Univerza za tehnologijo DalianKitajska je preučevala enoplast aluminijevega hidrida (AlH₂), pri katerem so presežni anionski elektroni, ki jih zagotavlja aluminij, omejeni v vmesnih prostorih aluminijeve mreže. Ta 2D material je stabilen zaradi interakcij med IAE in mrežo.

Z analizo funkcije lokalizacije elektronov so raziskovalci ugotovili, da je vez aluminij-vodik ionska in da vsak atom vodika pridobi približno 0.9 elektrona od vsakega atoma aluminija, ki ponavadi izgubi tri valenčne elektrone. Ker pa je H^- anion ne more sprejeti več elektronov, vsi preostali elektroni, ki jih zagotavlja aluminij, končajo v vmesnih prostorih mreže, kar ima za posledico nič-dimenzionalno električno stanje. Nadaljnji izračuni so potrdili prisotnost IAE in to električno stanje.

Najvišji T_c za kateri koli znani 2D-elektrid

Nepričakovano je ekipa Dalian tudi ugotovila, da IAE, ki jih zagotavlja aluminij, niso odgovorni za superprevodnost materiala. Zhao pravi, da je to "še ena inovativna točka v našem delu" in "v nasprotju s tem, kar smo opazili pri večini prej znanih superprevodnih elektrodov". Namesto tega so vodikovi atomi '1s elektroni, ki se močno povezujejo s fononskimi nihanji aluminija, ki omogočajo materialu, da postane običajen (»BCS«) superprevodnik z T_c od 38 K.

Paladijevi oksidi bi lahko bili boljši superprevodniki

In to še ni vse: raziskovalci so tudi ugotovili, da uporaba 5-odstotne dvoosne deformacije AlH₂ lahko to poveča T_c na 53 K. To je zato, ker napetost pretvori IAE v potujoče elektrone, kar spodbuja nastanek stabilnih Cooperjevih elektronskih parov, potrebnih za superprevodnost, pravijo.

"Naša teoretična študija vzpostavlja enotno sliko o razmerju med IAE, dinamično stabilnostjo gostiteljske mreže in superprevodnostjo v AlH₂ monoplast,« pravi član ekipe Xue Jiang Svet fizike. "Predstavlja pomemben korak k celovitemu razumevanju 2D superprevodnih elektrodidov, kar posledično odpira nove poti do novih razredov visokoT_c nizkodimenzionalni superprevodniki."

Ekipa tehnološke univerze Dalian se zdaj osredotoča na širši nabor nizkodimenzionalnih materialov s superprevodnostjo ali drugimi eksotičnimi elektronskimi lastnostmi.

Delo je podrobno opisano v Kitajska pisma fizike.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/two-dimensional-electride-material-makes-a-promising-superconductor/