Vật liệu điện cực hai chiều tạo ra chất siêu dẫn đầy hứa hẹn – Thế Giới Vật Lý

Một nghiên cứu lý thuyết mới làm sáng tỏ mối quan hệ giữa tính siêu dẫn và các electron “dư thừa” trong các vật liệu được gọi là điện cực. Nghiên cứu trên đơn lớp nhôm hydrua cho thấy vật liệu này phải là chất siêu dẫn thông thường với nhiệt độ chuyển tiếp tới hạn. T_C là 38 K – nhiệt độ siêu dẫn chuyển tiếp cao nhất được biết đến trong số tất cả các điện cực hai chiều được báo cáo cho đến nay.

Điện cực là một loại chất rắn ion kỳ lạ chứa nhiều electron hơn mong đợi theo lý thuyết cổ điển (liên kết hóa trị). Những electron bổ sung này được gọi là electron anion xen kẽ (IAE) vì chúng không liên kết với bất kỳ nguyên tử nào. Thay vào đó, chúng bị mắc kẹt trong các khoảng trống bên trong mạng tinh thể của vật liệu.

Lý thuyết cho thấy rằng việc điều khiển các IAE này có thể đưa ra một lộ trình mới để điều chỉnh các đặc tính điện tử của vật liệu. Một khả năng khác, thậm chí còn trêu ngươi hơn nữa là IAE có thể tương tác mạnh hơn với các dao động của mạng tinh thể (phonon) so với các electron “bình thường”, điều này sẽ dẫn đến hiện tượng siêu dẫn.

Tuy nhiên, hầu hết các điện cực siêu dẫn được nghiên cứu cho đến nay đều là những vật liệu ba chiều dạng khối, chúng chỉ trở nên siêu dẫn ở áp suất rất cao (hàng trăm gigapascal) hoặc nhiệt độ rất thấp (dưới 10 K). Điều này hạn chế ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực như giao thoa lượng tử siêu dẫn và các thiết bị chấm lượng tử siêu dẫn điện tử đơn.

Hứa hẹn hơn, các nhà nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng các điện cực hai chiều (2D) cũng có thể hoạt động như chất siêu dẫn – và cả ở áp suất bình thường. Thật không may, các điện cực 2D được nghiên cứu trước đây vẫn có hiệu suất rất thấp. T_cs.

Vật liệu đơn lớp mới

Trong tác phẩm mới nhất, Triệu Quân Triệu và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm trọng điểm về biến đổi vật liệu bằng chùm tia Laser, ion và điện tử tại Đại học Công nghệ Đại Liên, Trung Quốc đã nghiên cứu một lớp nhôm hydrua (AlH₂) trong đó các electron anion dư do nhôm cung cấp bị giam giữ trong các kẽ hở của mạng nhôm. Vật liệu 2D này ổn định nhờ sự tương tác giữa IAE và mạng tinh thể.

Bằng cách sử dụng các phân tích chức năng định vị điện tử, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng liên kết nhôm-hydro là ion và mỗi nguyên tử hydro thu được khoảng 0.9 electron từ mỗi nguyên tử nhôm, điều này có xu hướng mất đi ba electron hóa trị. Tuy nhiên, kể từ khi H^– anion không thể chứa thêm bất kỳ electron nào nữa, bất kỳ electron nào còn lại do nhôm cung cấp sẽ rơi vào các kẽ hở của mạng, dẫn đến trạng thái electride không chiều. Các tính toán sâu hơn đã xác nhận sự hiện diện của IAE và trạng thái điện cực này.

T cao nhất_c cho bất kỳ điện cực 2D nào đã biết

Thật bất ngờ, nhóm Đại Liên còn phát hiện ra rằng IAE do nhôm cung cấp không chịu trách nhiệm về tính siêu dẫn của vật liệu. Zhao nói, đây là “một điểm đổi mới khác trong nghiên cứu của chúng tôi” và “ngược lại với những gì đã quan sát được ở hầu hết các điện cực siêu dẫn đã biết trước đây”. Thay vào đó, đó là các nguyên tử hydro' 1s các electron kết hợp mạnh với các dao động âm vị của nhôm cho phép vật liệu này trở thành chất siêu dẫn thông thường (“BCS”) với một T_c của 38 K

Ôxit palladium có thể tạo ra chất siêu dẫn tốt hơn

Và đó chưa phải là tất cả: các nhà nghiên cứu còn phát hiện ra rằng việc áp dụng một chủng hai trục 5% vào AlH₂ có thể tăng điều này T_c đến 53 K. Điều này là do biến dạng chuyển đổi IAE thành các electron lưu động, thúc đẩy sự hình thành các cặp electron Cooper ổn định cần thiết cho tính siêu dẫn, họ nói.

“Nghiên cứu lý thuyết của chúng tôi thiết lập một bức tranh thống nhất về mối quan hệ giữa các IAE, tính ổn định động của mạng chủ và tính siêu dẫn trong AlH.₂ đơn lớp,” thành viên nhóm Xue Jiang nói Thế giới vật lý. “Nó thể hiện một bước quan trọng hướng tới sự hiểu biết toàn diện về các điện cực siêu dẫn 2D, từ đó mở ra những con đường mới hướng tới các lớp mới của điện cực cao.”T_c chất siêu dẫn chiều thấp.”

Nhóm Đại học Công nghệ Đại Liên hiện đang tập trung vào một phạm vi rộng hơn các vật liệu chiều thấp có tính siêu dẫn hoặc các đặc tính điện tử kỳ lạ khác.

Công việc được trình bày chi tiết trong Chữ cái Vật lý Trung Quốc.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/two-dimensional-electride-material-makes-a-promising-superconductor/