In un articolo pubblicato su Science Bulletin , un team di scienziati cinesi prevede un nuovo elettruro K(NH3 )2 , con elettroni interstiziali distribuiti in gabbie formate da sei molecole di ammoniaca e formanti un reticolo triangolare quasi 2D. Hanno rivelato che questo materiale subisce una transizione di fase spin-Peierls sotto pressioni moderate.
Questo studio è stato condotto dal Prof. Jian Sun (Laboratorio nazionale di microstrutture a stato solido, Scuola di fisica e Centro di innovazione collaborativa di microstrutture avanzate, Università di Nanchino). Il team ha utilizzato il software di previsione della struttura cristallina MAGUS, sviluppato autonomamente, e ha eseguito calcoli sui principi primi per determinare le strutture cristalline del composto di potassio e ammoniaca sotto pressioni moderate, che è stato riconosciuto come elettruro a condizioni ambientali per molto tempo.
Le interazioni elettrone-fonone e le correlazioni elettrone-elettrone rappresentano due aspetti cruciali nella fisica della materia condensata. In un sistema modello di catena antiferromagnetica spin-1/2 semiriempita, la dimerizzazione reticolare indotta dall'interazione elettrone-nucleo può essere intensificata dalla repulsione di Coulomb in loco, risultando in uno stato di spin-Peierls. In due dimensioni, tuttavia, il materiale reale che mostra tali fenomeni non è mai stato trovato.
D'altra parte, gli elettruri sono materiali in cui gli elettroni non legati occupano vuoti cristallini e mostrano comportamenti anionici (IAE). È risaputo che le correlazioni tra IAE con spin polarizzato e il loro accoppiamento con nuclei adiacenti potrebbero innescare fenomeni quantistici più interessanti.
Finora, tuttavia, sono stati condotti pochissimi lavori che esplorassero le interazioni tra le IAE correlate e i fononi. Uno dei motivi principali è il gran numero di atomi negli elettruri organici, dove emerge la maggior parte degli IAE antiferromagnetici.
Il team ha identificato che l'R-3m K(NH3 )2 raggiunge la stabilità termodinamica a circa 2 GPa, che adotta una cella primitiva romboedrica e le molecole di ammoniaca sono situate su entrambi i lati degli strati di potassio.
Alcuni degli elettroni di valenza sono distribuiti all'interno di cavità interstrato circondate da sei atomi di idrogeno, formando elettroni anionici interstiziali. La banda che attraversa il livello di Fermi è principalmente attribuita a queste IAE, che esistono come entità isolate con molecole di ammoniaca a ponte.
I ricercatori hanno anche esplorato gli effetti della pressione sul fonone e sulle proprietà elettroniche. Le singolarità di Van-Hove (VHS) vengono portate al livello di Fermi sotto una pressione più elevata, che induce l'instabilità di tipo Peierls e la struttura dimerizzata. Questi VHS contribuiscono anche a una densità di stati graduale, migliorando le correlazioni elettroniche e inducendo instabilità magnetica. Si è scoperto che lo stato fondamentale magnetico è anti-ferromagnetismo di tipo zigzag, che può essere descritto dal modello di Heisenberg con interazioni magnetiche modulate dei vicini più vicini.
Ancora più importante, i calcoli dei principi primi rivelano che l'instabilità magnetica e quella di Peierls non solo coesistono, ma mostrano anche un'interazione positiva, costituendo uno scenario di transizione spin-Peierls senza precedenti in un materiale 2D realistico, che coinvolge in particolare le IAE.
"È molto intrigante rivelare fenomeni fisici così abbondanti in un materiale realistico. Le interazioni tra IAE correlati e fononi possono fornire ispirazione per l'esplorazione delle interazioni magnetiche, delle distorsioni strutturali e delle onde di densità di carica", afferma Jian.
Ulteriori informazioni: Chi Ding et al, transizione spin-Peierls quasi 2D attraverso elettroni anionici interstiziali in K (NH 3 )2 , Bollettino scientifico (2024). DOI:10.1016/j.scib.2024.02.016
Fornito da Science China Press
