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壓力誘導(dǎo)電氣化的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變！中國東北師大功不可沒

2019-06-09 11:38 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

中國東北師范大學(xué)和西班牙巴斯克大學(xué)研究人員最近進(jìn)行了一項(xiàng)研究，研究了電氣化的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。研究人員觀察到，由第一性原理群結(jié)構(gòu)計(jì)算確定的壓力誘導(dǎo)的穩(wěn)定Li6P可以成為具有相當(dāng)高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)體。

開展這項(xiàng)研究的兩名研究人員埃托爾·貝爾加拉(Aitor Bergara)和楊國春說：考慮到超導(dǎo)材料的廣泛潛在應(yīng)用，理解高溫超導(dǎo)體是凝聚態(tài)物理學(xué)中的一個關(guān)鍵科學(xué)挑戰(zhàn)。帶電化合物是一種離子化合物，其中大多數(shù)電子位于晶體的間隙區(qū)，其行為類似于陰離子。

博科園-科學(xué)科普：由于它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這些化合物具有有趣的物理性質(zhì)。例如，可以通過調(diào)整它們的化學(xué)成分或外部條件(如壓力)，有效地調(diào)整它們間隙電子的大小和分布?？偟膩碚f是電子化合物很差的超導(dǎo)體，例如，在實(shí)驗(yàn)中觀察到的典型帶電電子化合物[Ca24Al28O64]4+ (4e-)4的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為~0.4 K。另一方面，現(xiàn)在眾所周知，在高壓下，堿金屬很容易失去它們的外層軌道電子而形成電。有趣的是，壓力誘導(dǎo)鋰(Li)電氣化是金屬的，

左邊圖像顯示了Li6P化合物的原子結(jié)構(gòu)，右邊繪制了電子電荷密度，在這里可以看到紅色的間隙處的電子定位。圖片：Zhao et al

此外，磷(P)具有中等電負(fù)性，因此它們可以在富含Li-P的化合物中捕獲一些電子，而剩余的電子可能留在間隙區(qū)。因此，正如預(yù)測的那樣，通過改變Li和P的比例，可以調(diào)整間隙電子的形態(tài)，從而獲得具有新電子性質(zhì)的化合物。例如，根據(jù)計(jì)算，Li 6p電氣化體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度預(yù)計(jì)為39.3 K，打破了電氣化體的現(xiàn)有記錄。根據(jù)基本原理(僅根據(jù)其組成)預(yù)測材料原子結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。它通常需要對多維能量表面晶格上的大量能量極小值進(jìn)行分類。近年來，研究人員引入了幾種計(jì)算方法來加速這一過程，其中一種被稱為CALYPSO。

在研究中，使用了在吉林大學(xué)同事開發(fā)的Calypso程序，該程序?qū)崿F(xiàn)了粒子群優(yōu)化算法來確定首選晶體結(jié)構(gòu)，只固定Li:P比值和壓力作為唯一的初始輸入。一旦確定了最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，就對物理性質(zhì)進(jìn)行了表征。例如，已經(jīng)在麥克米倫-艾倫-戴恩斯近似下探索了它們的超導(dǎo)特性。在研究中，一個壓力誘導(dǎo)的穩(wěn)定Li6P帶電體可以成為一個超導(dǎo)體，預(yù)測超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為39.3K；這是迄今為止已知電氣化的最高預(yù)測。發(fā)現(xiàn)這種化合物的間隙電子，以啞鈴狀的帶電態(tài)連接，在超導(dǎo)躍遷中起主導(dǎo)作用。

該研究預(yù)測不僅打破了電氣化中超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的記錄，而且使我們對這些材料有了更好的了解。根據(jù)研究人員的預(yù)測，其他富含li的磷化物，如Li5P、Li11P2、Li15P2和Li8P，也可能是超導(dǎo)帶電體，但它們的Tc預(yù)計(jì)會更低。研究人員相信超導(dǎo)電學(xué)的研究才剛剛開始，還有很多東西需要探索，例如，分析新型帶電化合物的超導(dǎo)機(jī)理，特別是在高壓下。正如這篇論文中所展示的，設(shè)計(jì)這種超導(dǎo)材料的一個有效方法是探索在弱電負(fù)性和強(qiáng)電正性元素之間形成的金屬帶電化合物。