Parce que certains matériaux à base d'A2BO4 tels que (Pr, La)2(Ni, Cu, Ga)O4+δ présentent une conductivité élevée des ions oxydes, les scientifiques de Tokyo Tech ont exploré de nouvelles familles de structures de matériaux à base d'ABCO4 comme BaRInO4, où R représente un élément des terres rares. Ici, UNE, B, et C sont des cations situés à différents sites cristallographiques, et A, B, et C dans ABCO4 correspondent à A, UNE, et B, respectivement, en A2BO4.

De nombreux chercheurs ont étudié l'optique, électrique, et les propriétés magnétiques des matériaux de type CaFe2O4, mais les conducteurs oxyde-ion pur de type CaFe2O4 n'ont pas encore été rapportés. Par conséquent, Le professeur Masatomo Yashima et ses collègues ont synthétisé un nouveau matériau de type CaFe2O4, oxyde de strontium ytterbium indium, SrYbinO 4 . Ils ont étudié sa structure cristalline de la température ambiante à 1273 K, sa dépendance à la température et à la pression partielle de la conductivité électrique, et les voies de diffusion oxyde-ion. Les facteurs d'occupation sont également soigneusement affinés à l'aide non seulement des données de diffraction des rayons X classiques, mais également des données de diffraction des rayons X des neutrons et synchrotrons de type à dispersion angulaire (TOF) afin d'obtenir des résultats fiables. Ils démontrent un trouble professionnel partiel Yb/In en SrYbInO4 grâce à des analyses minutieuses des facteurs d'occupation.

Le professeur Yashima et ses collègues ont choisi la composition chimique SrYbInO4, car il ne contient pas de cation de métal de transition, ce qui conduit à moins de conduction électronique. De plus, SrYbInO4 devait avoir la structure de type CaFe2O4 dans la carte de champ de structure illustrée à la Fig. 1. Les rayons ioniques de Sr2+ et (Yb3+, In3+) sont plus gros que ceux de Ca2+ et Fe3+, ainsi, le SrYbInO4 devrait avoir une énergie d'activation inférieure pour la conductivité oxyde-ion par rapport au CaFe2O4.

SrYbinO 4 a été synthétisé par une réaction à l'état solide. SrYbInO4 a été caractérisé par diffraction des rayons X, analyse chimique, et analyse thermogravimétrique. La bande interdite de SrYbInO 4 a également été estimée à l'aide de spectres de réflectance UV-vis, ce qui suggère que SrYbInO4 est un isolant électronique. Ces résultats suggèrent fortement que SrYbInO 4 était un conducteur oxyde-ion pur.

En utilisant les données de diffraction des rayons X neutronique et synchrotron et la méthode de Rietveld, Le professeur Yashima et ses collègues ont montré que SrYbInO4 est une phase orthorhombique unique avec des troubles professionnels Yb/In sur les sites B et C, et pas de lacunes sur les sites de cations et d'oxygène. Les sommes de valence des liaisons et l'optimisation structurelle basée sur la DFT ont indiqué la validité de la structure cristalline raffinée de SrYbInO 4 . Par conséquent, le nouveau matériau SrYbInO4 est le premier exemple de conducteurs oxyde-ion purs avec une structure de type CaFe2O4.

De plus, la dépendance à la température de la conductivité oxyde-ion a montré une énergie d'activation inférieure de SrYbInO 4 (1,76 eV) que celui de CaFe2O4 (3,3 eV), ce qui était également soutenu par les calculs d'énergie basés sur la valence de la liaison. L'énergie d'activation plus faible est attribuable à la plus grande taille de goulot d'étranglement pour la migration oxyde-ion en raison des plus grands rayons ioniques de Sr2+ et (Yb3+, In3+) que celles de Ca2+ et Fe3+, respectivement.

Le professeur Yashima et ses collègues ont affirmé que la conductivité des ions oxyde de SrYbInO 4 pourrait être amélioré par le dopage, changer le degré d'ordre et de désordre des cations, et en utilisant un plus grand A, B, et les cations C dans la structure ABCO4, ce qui conduit à une réduction supplémentaire de l'énergie d'activation et à une conductivité oxyde-ion plus élevée. Les résultats de cette étude pourraient ouvrir de nouvelles voies dans le développement de conducteurs ioniques à base d'ABCO4.