Les techniques nucléaires ont joué un rôle important dans la détermination de la structure cristalline d'un type rare d'alliage intermétallique qui présente une supraconductivité.

La recherche, qui a été récemment publié dans le Comptes de la recherche chimique , était une entreprise dirigée par des chercheurs du Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids, avec la collaboration de l'Université nationale Ivan-Franko de Lviv, l'Université technique de Freiberg, le Helmholtz-Zentrum Dresde-Rossendorf, et ANSTO.

Les alliages métalliques complexes (CMA) ont le potentiel d'agir comme catalyseurs et de servir de matériaux pour des dispositifs qui convertissent la chaleur en énergie (générateurs thermoélectriques) ou utilisent la réfrigération magnétique pour améliorer l'efficacité énergétique des systèmes de refroidissement et de contrôle de la température.

Les générateurs thermoélectriques sont utilisés pour des applications distantes de faible puissance ou lorsque des moteurs thermiques plus volumineux mais plus efficaces ne seraient pas possibles.

Les propriétés uniques des CMA découlent de leur superstructure complexe, avec chaque cellule unitaire répétitive comprenant des centaines ou des milliers d'atomes.

L'étude a porté sur une phase de béryllium et de platine, Be21Pt5. Le faible pouvoir de diffusion des rayons X des atomes de béryllium avait auparavant constitué un obstacle aux chercheurs qui tentaient de résoudre la structure des CMA riches en béryllium, tels que Be21Pt5, en utilisant des techniques de diffraction des rayons X sur poudre.

Pour localiser les atomes de béryllium, les chercheurs ont utilisé le diffractomètre à poudre de neutrons ECHIDNA au Centre australien de diffusion des neutrons.

Dr Maxim Avdeev, un scientifique instrumentiste, a noté que l'utilisation de faisceaux de neutrons en combinaison avec des données de rayons X était essentielle pour résoudre la structure.

"Le béryllium étant un élément léger, il diffusera les neutrons plus loin que les rayons X d'un facteur 20 environ. Il n'a pas été possible de localiser les atomes de béryllium dans le cristal à l'aide des rayons X, mais avec la diffraction des neutrons, nous les avons trouvés facilement."

"Le béryllium étant un élément léger, il diffuse faiblement les rayons X. Par rapport au platine, le contraste est d'environ 1 à 20. L'utilisation de neutrons modifie le rapport à environ 16 à 20, ce qui a permis de trouver facilement des atomes de béryllium dans la structure cristalline."

Les données de diffraction des rayons X et des neutrons sur poudre ont été complétées par des calculs de mécanique quantique pour déterminer la distribution de la densité électronique qui définit les propriétés électroniques du matériau.

Les données de diffraction ont indiqué que la structure cristalline de Be21Pt5 était constituée de quatre types d'unités ou d'amas polyédriques imbriqués. Chaque cluster contenait quatre coquilles comprenant 26 atomes avec une distribution unique de défauts, endroits où un atome est manquant ou placé irrégulièrement dans la structure du réseau.

Les expériences de diffraction des neutrons à l'ANSTO ont aidé à déterminer la structure cristalline déterminer la structure de Be21Pt5, qui se composait de quatre grappes uniques (code couleur ci-dessus dans l'image), contenant chacun 26 atomes.

La nature collaborative de l'étude a également été essentielle à la résolution de la structure.

"L'échantillon physique a été synthétisé en Allemagne et envoyé en Australie pour analyse. Une fois que nous avons renvoyé les données de diffraction à nos collaborateurs, ils ont pu résoudre la structure dans leurs institutions d'origine."

Après avoir résolu la structure cristalline, l'équipe de recherche a également porté son attention sur les propriétés physiques du Be21Pt5 et a fait une découverte inattendue. A des températures inférieures à 2 K, On a découvert que Be21Pt5 présentait une supraconductivité.

"C'est un cas assez inhabituel pour cette famille de composés intermétalliques de subir une phase supraconductrice. D'autres études sont nécessaires pour comprendre ce qui rend ce système spécial et les expériences de diffusion des neutrons joueront un rôle important dans le processus."