L'immagine a sinistra mostra la struttura atomica del composto Li6P, e sulla destra viene tracciata la densità di carica elettronica, dove è visibile in rosso la localizzazione elettronica degli interstitial. Credito:Zhao et al.
Ricercatori della Northeast Normal University, in Cina, e Università dei Paesi Baschi, in Spagna, hanno recentemente condotto uno studio sulla transizione superconduttiva degli elettruri. I ricercatori hanno osservato che un Li . stabile indotto dalla pressione 6 P, identificato dai calcoli della struttura dello sciame dei primi principi, può diventare un superconduttore con una temperatura di transizione superconduttiva considerevolmente alta.
"Considerando le ampie potenziali applicazioni dei materiali superconduttori, la comprensione dei superconduttori ad alta temperatura è una sfida scientifica chiave nella fisica della materia condensata, " Aitor Bergara e Guochun Yang, due dei ricercatori che hanno condotto lo studio, ha detto a Phys.org, Via Posta Elettronica.
Gli elettruri sono composti ionici in cui la maggior parte degli elettroni risiede nelle regioni interstiziali del cristallo e si comporta come anioni. Per la loro particolarità strutturale, questi composti hanno interessanti proprietà fisiche. Ad esempio, la grandezza e la distribuzione dei loro elettroni interstiziali possono essere modulate efficacemente, o regolando la loro composizione chimica o le condizioni esterne, come la pressione.
Globale, gli elettruri sono superconduttori molto scadenti. Per esempio, la temperatura di transizione superconduttiva osservata sperimentalmente di un elettruro canonico [Ca 24 Al 28 oh 64 ] 4+ (4e - ) 4 è ~0.4 K. D'altra parte, è ormai risaputo che, ad alta pressione, i metalli alcalini possono facilmente perdere i loro elettroni orbitali esterni e formare elettruri.
"Interessante, L'elettruro di litio (Li) indotto dalla pressione è metallico, " Dissero Bergara e Yang. "Inoltre, il fosforo (P) presenta una moderata elettronegatività, in modo che possano intrappolare alcuni elettroni in composti Li-P ricchi di Li, mentre gli elettroni rimanenti possono rimanere nelle regioni interstiziali. Così, come prevediamo è questo lavoro, sarebbe possibile regolare la morfologia degli elettroni interstiziali cambiando il rapporto di Li e P e, perciò, ottenere composti con nuove proprietà elettroniche. Per esempio, secondo i nostri calcoli, Si prevede che l'elettruro Li 6 P abbia una temperatura di transizione superconduttiva di 39,3 K, battendo il record esistente tra gli elettridi."
Predire la struttura atomica dei materiali dai primi principi (basati solo sulla loro composizione), è un compito estremamente impegnativo. In genere richiede la classificazione di un numero enorme di minimi energetici su un reticolo di superficie energetica multidimensionale. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno introdotto diversi metodi di calcolo che possono accelerare questo processo, uno dei quali si chiama CALYPSO.
"Nel nostro studio abbiamo utilizzato il programma Calypso sviluppato da Yanming Ma e dai suoi colleghi della Jilin University, che implementa un algoritmo di ottimizzazione dello sciame di particelle per determinare le strutture cristalline preferite, semplicemente fissando i rapporti Li:P e la pressione come unici input di partenza, Hanno spiegato Bergara e Yang. “Una volta individuate le strutture più stabili abbiamo caratterizzato le loro proprietà fisiche. Per esempio, abbiamo esplorato le loro proprietà superconduttive all'interno dell'approssimazione McMillan-Allen-Dynes."
Nel loro studio, Bergara, Yang e i loro colleghi hanno riferito che un Li . stabile indotto dalla pressione 6 L'elettruro P può diventare un superconduttore con una temperatura di transizione superconduttiva prevista di 39,3 K; il più alto previsto finora negli elettruri conosciuti. Hanno scoperto che gli elettroni interstiziali del composto, con stati di elettricità collegati simili a manubri, giocano un ruolo dominante in questa transizione superconduttiva.
"La nostra previsione non solo infrange il record della temperatura di transizione superconduttiva negli elettruri, ma permette anche una migliore comprensione di questi materiali, " Dissero Bergara e Yang.
Secondo le previsioni dei ricercatori, altri fosfuri ricchi di litio, come Li 5 P, Li 11 P 2 , Li 1 5P 2 , e Li 8 P, potrebbero anche essere elettruri superconduttori, eppure il loro T C dovrebbe essere inferiore. Questo recente studio di Bergara, Yang e i loro colleghi potrebbero aprire la strada a ulteriori ricerche che esplorino la superconduttività ad alta temperatura in composti binari simili.
"Crediamo che la ricerca sugli elettruri superconduttori sia appena iniziata, " Dissero Bergara e Yang. "C'è ancora molto da esplorare, Per esempio, l'analisi del meccanismo superconduttore in nuovi composti di elettruri, soprattutto ad alta pressione. Come abbiamo mostrato in questo articolo, un modo efficace per progettare tali materiali superconduttori è esplorare i composti di elettruro metallico formati tra elementi elettronegativi deboli ed elettropositivi forti".
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