La triplice simmetria qui indicata rivela la struttura cristallina dello spinello. Credito:Taro Hitosugi , Comunicazioni sulla natura
Ricercatori del Tokyo Institute of Technology, L'Università di Tohoku e l'Università di Tokyo hanno applicato metodi di scansione avanzati per visualizzare la superficie inesplorata di un superconduttore:il titanato di litio (LiTi 2 oh 4 ).
LiTi 2 oh 4 è l'unico esempio noto di un cosiddetto superconduttore di ossido di spinello. La sua rarità rende LiTi 2 oh 4 di enorme interesse per chi studia le origini della superconduttività, poiché ha la più alta temperatura di transizione superconduttiva (fino a 13,7 K) all'interno di questo gruppo di materiali.
Sebbene LiTi 2 oh 4 in forma sfusa è stato studiato per decenni, poco si sa delle sue superfici, a causa della difficoltà di preparare LiTi . adatti 2 oh 4 superfici per ulteriori analisi.
Ora, utilizzando una combinazione di metodi sperimentali e teorici, un team di ricercatori tra cui Taro Hitosugi di Tokyo Tech e l'Istituto avanzato per la ricerca sui materiali presso l'Università di Tohoku, ha ottenuto prove visive di superconduttività su LiTi . ultrasottili 2 oh 4 film, segnando una pietra miliare nella scienza delle superfici.
Pubblicato in Comunicazioni sulla natura , lo studio è iniziato con la rilevazione di un imprevisto “gap energetico, " suggerendo l'esistenza di superconduttività in superficie. Inoltre, le loro indagini hanno rivelato che la superconduttività superficiale è in stati diversi da quella della massa interna. I ricercatori hanno utilizzato due metodi sperimentali per visualizzare questo risultato:deposizione laser pulsata (PLD), una tecnica che ha permesso la produzione di LiTi . di alta qualità 2 oh 4 film in condizioni di vuoto; e microscopia/spettroscopia a effetto tunnel a scansione a bassa temperatura (STM/STS), per un'immagine precisa delle superfici.
"Immaginare gli atomi per la prima volta è stato sorprendente, poiché di solito è molto difficile osservare gli atomi di ossido di spinello, "dice Hitosugi. "Volevamo quindi conoscere l'esatta disposizione atomica sulla superficie, e per farlo, abbiamo confrontato teoria ed esperimento."
Così, per approfondire come sono disposti gli atomi, il team ha effettuato calcoli teorici che li hanno portati a considerare quattro tipi di taglio superficiale da LiTi . sfuso 2 oh 4 . Confrontando questi quattro tipi, i ricercatori ne hanno trovata una, chiamata superficie con terminazione TiLi2, che corrispondeva alle loro osservazioni sperimentali.
I ricercatori hanno confrontato quattro possibili tipi di taglio superficiale da massa LiTi2O4 dedotti da calcoli teorici. Credito:Taro Hitosugi, Comunicazioni sulla natura
Hitosugi spiega che "conoscere l'accurata disposizione degli atomi è la cosa più importante, " poiché questa conoscenza aiuterà a far progredire la comprensione della superconduttività al suo limite più sottile, superconduttività bidimensionale in superficie.
Oltre alle proprietà superconduttive, conoscere le disposizioni atomiche potrebbe portare a svelare i meccanismi alla base del funzionamento delle batterie agli ioni di litio. La comprensione delle superfici degli elettrodi è un passaggio essenziale per la progettazione di batterie agli ioni di litio di nuova generazione con capacità più elevate, cicli di vita migliorati e capacità di ricarica rapida, perché gli ioni di litio migrano attraverso le superfici degli elettrodi.
Poiché lo studio fornisce nuove direzioni per la ricerca sull'interfaccia, Hitosugi prevede di collaborare con i colleghi di Tokyo Tech che ora lavorano su elettroliti a stato solido, specificamente per migliorare la comprensione dell'interfaccia elettrodo-elettrolita (EEI), uno degli argomenti più scottanti nella ricerca sulle batterie.
"Molte persone sono interessate alle batterie a stato solido:il futuro delle batterie agli ioni di litio, " dice. "Ora che conosciamo la disposizione atomica superficiale di questo materiale, possiamo iniziare a simulare il funzionamento delle batterie al litio a stato solido".
