Sovrastruttura con ordinazione BHV. A. Cella primaria di tipo NiAs (gruppo spaziale P63/mmc). I gruppi di punti nei siti Ir (cerchi viola) e Sb (cerchi grigi) sono D3d e D3h, rispettivamente. B. Struttura cristallina di Ir16Sb18. I posti vacanti sono indicati da cerchi rossi ombreggiati. C. Illustrazione dell'ordinamento BHV visto dall'asse c. Notare che gli atomi di Ir e Sb sono stati omessi per chiarezza. D. Micrografia in campo scuro anulare ad alto angolo (HAADF) lungo l'asse a. E. Profilo della linea di intensità della regione contrassegnata dalle frecce. F. Proiezione della sovrastruttura BHV lungo l'asse a. G. Micrografia HAADF dell'Ir16Sb18 lungo l'asse c. I siti oscuri sono i posti vacanti dell'iridio. L'inserto mostra un esagono a nido d'ape con un ingrandimento maggiore. Credito:©Science China Press
I cristalli possiedono intrinsecamente delle imperfezioni. posti vacanti, come la forma più semplice di difetti puntuali, alterare notevolmente l'ottica, termico, e proprietà elettriche dei materiali. Esempi ben noti includono i centri di colore in molte pietre preziose, il centro di disponibilità di azoto nel diamante, migrazione di posti vacanti nelle batterie a stato solido, e la transizione metallo-isolante nei materiali a cambiamento di fase. I posti vacanti in questi casi sono in strutture con interazioni nulle o deboli. Però, il ruolo dei posti vacanti in materiali fortemente correlati è finora poco chiaro a causa della mancanza di un prototipo ideale.
Si è da tempo previsto che un ordinamento dei posti vacanti fortemente correlato accolga una fisica esotica, come la superconduttività. Il superconduttore K-Fe-Se è stato oggetto di ricerca in studi recenti per un motivo importante, cioè., l'esistenza di una fase isolante di ordinamento dei posti vacanti. Però, questa fase di ordinamento dei posti vacanti ha dimostrato di coesistere con la fase superconduttiva su scala nanometrica, e non è responsabile della superconduttività. Se i posti vacanti correlati potrebbero diventare un nuovo tipo di fase genitore superconduttiva è una domanda senza risposta. Iridato, con scale energetiche comparabili e concorrenti della repulsione di Coulomb in loco, campo cristallino e accoppiamento spin-orbita, sono una piattaforma di ricche strutture e proprietà fisiche.
Recentemente, un gruppo di ricerca congiunto del gruppo Yanpeng Qi della ShaihaiTech University e del gruppo Hosono del Tokyo Institute of Technology, scoprire uno stato vacante senza precedenti in Ir 16 Sb 18 , formando un ordine esteso di posti vacanti a nido d'ape (BHV). La superconduttività emerge sopprimendo l'ordinamento BHV attraverso la spremitura di atomi di Ir extra nei posti vacanti o sostituzione Rh isovalente. Il diagramma di fase rivela che la superconduttività compete con l'ordinamento BHV, che lo classifica come la prima fase genitore superconduttore con posti vacanti correlati. Ulteriori calcoli teorici suggeriscono che questo ordinamento derivi da un effetto sinergico dell'energia di formazione della vacanza e dell'annidamento della superficie di Fermi con un vettore d'onda di (1/3, 1/3, 0). La struttura deformata rompe la simmetria di inversione del cristallo e può principalmente sopprimere la densità degli stati vicino al livello di Fermi. Questo studio suggerisce che il posto vacante ordinato può essere un nuovo grado di libertà per la manipolazione e lo studio dei materiali quantistici. Ulteriori indagini su come il posto vacante si intreccia con altri gradi di libertà convenzionali come il reticolo, spin e orbitale, e la loro influenza sulle proprietà dei materiali sarà affascinante e promettente per nuove scoperte in fisica.
Concorrenza tra ordinamento BHV e superconduttività. A. Parametri del reticolo lungo gli assi a e c di Ir1-δSb all'aumentare della pressione di sintesi. B. Diamagnetizzazione (calibrata utilizzando Pb come campione standard) di campioni di Ir1-δSb sintetizzati a varie pressioni. C. L'intensità delle riflessioni di Laue 110 (sovrastruttura) e 300 (struttura principale) a vari contenuti di Rh isovalente. D. Diagramma di fase di Ir1-xRhxSb. Credito:©Science China Press