Mappa della densità di carica di un'ampia area del materiale che mostra un profilo disomogeneo al centro delle colonne interstiziali. Le viste ingrandite delle colonne forniscono misure quantitative della disomogeneità imprevista nell'intero set di dati. Profili della linea (rosso) attraverso i centri della colonna rispetto alla carica teoricamente prevista (nero, etichettato DFT) mostrano che esistono deviazioni significative in alcune colonne. Una spiegazione teorica che la deviazione sia causata dalla presenza di tracce di idrogeno è stata successivamente corroborata da esperimenti di diffusione di neutroni. Credito:Zheng, et al.
Un team di ricercatori guidati dal microscopista dell'Oak Ridge National Laboratory Miaofang Chi e dal fisico teorico di Vanderbilt Sokrates Pantelides ha utilizzato una nuova tecnica del microscopio elettronico a trasmissione a scansione per visualizzare la distribuzione degli elettroni nei composti ionici noti come elettruri, in particolare gli elettroni che fluttuano liberamente all'interno delle tasche e appaiono separato dalla rete atomica.
La nuova tecnica, contrasto di fase differenziale in STEM, misura e mappa i campi elettrici e le distribuzioni di carica all'interno di un materiale. Lo studio è la prima volta che DPC è stato utilizzato in questo modo. Analizzando le immagini di addebito di dozzine di tali canali, il team ha scoperto che solo alcuni contengono la carica negativa prevista da calcoli teorici, mentre altri hanno significativamente meno negativi o addirittura una piccola concentrazione di carica positiva. L'esperienza decennale di Pantelides con l'idrogeno ha portato a suggerire che tracce di idrogeno, che sono sostanzialmente impossibili da eliminare, sono responsabili della disomogeneità osservata, e successivi calcoli dettagliati hanno confermato l'ipotesi. Gli esperimenti di diffusione dei neutroni hanno fornito prove a sostegno dello scenario dell'idrogeno.
Pantelides prevede che molti fisici e ingegneri utilizzeranno i risultati di questo studio per informare la loro ricerca, poiché tutta la tecnologia moderna si basa sulle proprietà elettroniche dei materiali.
Un'area di ricerca di frontiera decollata negli ultimi 10 anni, "Gli elettri erano lenti a capire a causa delle loro strane proprietà, " disse Chi, un membro del personale di ricerca presso il Center for Nanophase Materials Sciences presso l'ORNL. "Questo lavoro fornisce una tecnica che visualizza e quantifica direttamente questi elettroni che si comportano come un atomo senza nucleo, fornendo uno strumento unico per indagare sugli elettruri."
"I materiali sono promettenti, " disse Pantelide, Illustre professore universitario di fisica e ingegneria e William A. &Nancy F. McMinn professore di fisica. "Prevediamo che questo lavoro sarà utilizzato nell'analisi sia sperimentale che teorica delle proprietà esotiche degli elettruri e del ruolo che l'idrogeno può avere nel loro comportamento".
Attualmente, gli scienziati informatici stanno implementando tecniche di apprendimento automatico per identificare rapidamente i materiali con firme di elettricità in modo che possano essere ulteriormente studiati. È già noto che gli elettruri sono buoni per immagazzinare idrogeno, possono essere usati come catalizzatori, trasportano forti correnti a causa della loro elevata mobilità degli elettroni e spesso mostrano un magnetismo non convenzionale, anche la superconduttività. Queste e altre proprietà rendono il loro sviluppo interessante per una serie di tecnologie emergenti.
