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壓力誘導電氣化的超導轉變!中國東北師大功不可沒

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2019年3月20日20時 今日科學 博科園

博科園

中國東北師範大學和西班牙巴斯克大學研究人員最近進行了一項研究,研究了電氣化的超導轉變。研究人員觀察到,由第一性原理群結構計算確定的壓力誘導的穩定Li6P可以成為具有相當高的超導轉變溫度的超導體。開展這項研究的兩名研究人員埃托爾·貝爾加拉(Aitor

Bergara)和楊國春說:考慮到超導材料的廣泛潛在應用,理解高溫超導體是凝聚態物理學中的一個關鍵科學挑戰。帶電化合物是一種離子化合物,其中大多數電子位於晶體的間隙區,其行為類似於陰離子。

博科園-科學科普:由於它們的結構特點,這些化合物具有有趣的物理性質。例如,可以通過調整它們的化學成分或外部條件(如壓力),有效地調整它們間隙電子的大小和分布。總的來說是電子化合物很差的超導體,例如,在實驗中觀察到的典型帶電電子化合物4+ (4e-)4的超導轉變溫度為~0.4

K。另一方面,現在眾所周知,在高壓下,鹼金屬很容易失去它們的外層軌道電子而形成電。有趣的是,壓力誘導鋰(Li)電氣化是金屬的,

左邊圖像顯示了Li6P化合物的原子結構,右邊繪製了電子電荷密度,在這裡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,而剩餘的電子可能留在間隙區。因此,正如預測的那樣,通過改變Li和P的比例,可以調整間隙電子的形態,從而獲得具有新電子性質的化合物。例如,根據計算,Li 6p電氣化體的超導轉變溫度預計為39.3

K,打破了電氣化體的現有記錄。根據基本原理(僅根據其組成)預測材料原子結構是一項極具挑戰性的任務。它通常需要對多維能量表面晶格上的大量能量極小值進行分類。近年來,研究人員引入了幾種計算方法來加速這一過程,其中一種被稱為CALYPSO。

在研究中,使用了在吉林大學同事開發的Calypso程序,該程序實現了粒子群優化算法來確定首選晶體結構,只固定Li:P比值和壓力作為唯一的初始輸入。一旦確定了最穩定結構,就對物理性質進行了表征。例如,已經在麥克米倫-艾倫-戴恩斯近似下探索了它們的超導特性。在研究中,一個壓力誘導的穩定Li6P帶電體可以成為一個超導體,預測超導轉變溫度為39.3K;這是迄今為止已知電氣化的最高預測。發現這種化合物的間隙電子,以啞鈴狀的帶電態連接,在超導躍遷中起主導作用。

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

博科園-科學科普|研究/來自: Copyright Science X Network/Ingrid Fadelli/Phys

參考期刊文獻:《物理評論快報》,《物理評論B》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.097002

DOI: 10.1103/PhysRevB.82.094116

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