Chercheurs de la Northeast Normal University, en Chine, et Université du Pays Basque, en Espagne, ont récemment mené une étude sur la transition supraconductrice des électrides. Les chercheurs ont observé qu'un Li stable induit par la pression 6 P, identifié par des calculs de structure en essaim de principes premiers, peut devenir un supraconducteur avec une température de transition supraconductrice considérablement élevée.

« Considérant les vastes applications potentielles des matériaux supraconducteurs, la compréhension des supraconducteurs à haute température est un enjeu scientifique clé en physique de la matière condensée, " Aitor Bergara et Guochun Yang, deux des chercheurs qui ont mené l'étude, a dit à Phys.org, par email.

Les électrides sont des composés ioniques dans lesquels la plupart des électrons résident dans les régions interstitielles du cristal et se comportent comme des anions. En raison de leur particularité structurelle, ces composés ont des propriétés physiques intéressantes. Par exemple, l'amplitude et la distribution de leurs électrons interstitiels peuvent être efficacement modulées, soit en ajustant leur composition chimique ou les conditions extérieures, comme la pression.

Globalement, les électrides sont de très mauvais supraconducteurs. Par exemple, la température de transition supraconductrice observée expérimentalement d'un électride canonique [Ca 24 Al 28 O 64 ] ⁴⁺ (4e ^- ) 4 est de ~0,4 K. D'autre part, il est maintenant bien connu que, sous haute pression, les métaux alcalins peuvent facilement perdre leurs électrons orbitaux externes et former des électrides.

"De façon intéressante, l'électrure de lithium (Li) induit par pression est métallique, " Bergara et Yang ont dit. " De plus, le phosphore (P) présente une électronégativité modérée, afin qu'ils puissent piéger des électrons dans des composés Li-P riches en Li, tandis que les électrons restants peuvent rester dans les régions interstitielles. Ainsi, comme nous le prévoyons est ce travail, il serait possible d'ajuster la morphologie des électrons interstitiels en changeant le rapport de Li et P et, donc, obtenir des composés avec de nouvelles propriétés électroniques. Par exemple, selon nos calculs, L'électride Li 6 P devrait avoir une température de transition supraconductrice de 39,3 K, battre le record existant parmi les électrides."

Prédire la structure atomique des matériaux à partir de principes premiers (basés uniquement sur leur composition), est une tâche extrêmement difficile. Cela nécessite généralement de classer un grand nombre de minima d'énergie sur un réseau de surface d'énergie multidimensionnel. Dans les années récentes, les chercheurs ont introduit plusieurs méthodes de calcul qui peuvent accélérer ce processus, dont l'un s'appelle CALYPSO.

"Dans notre étude, nous avons utilisé le programme Calypso développé par Yanming Ma et ses collègues de l'Université de Jilin, qui met en œuvre un algorithme d'optimisation d'essaim de particules pour déterminer les structures cristallines préférées, en fixant simplement les rapports Li:P et la pression comme seules entrées de départ, " expliquèrent Bergara et Yang. " Une fois les structures les plus stables identifiées, nous avons caractérisé leurs propriétés physiques. Par exemple, nous avons exploré leurs propriétés supraconductrices dans l'approximation de McMillan-Allen-Dynes."

Dans leur étude, Bergara, Yang et leurs collègues ont signalé qu'un Li stable induit par la pression 6 L'électride P peut devenir un supraconducteur avec une température de transition supraconductrice prédite de 39,3K; le plus élevé prédit jusqu'à présent dans les électrides connus. Ils ont découvert que les électrons interstitiels du composé, avec des états d'électride connectés en forme d'haltère, jouent un rôle prépondérant dans cette transition supraconductrice.

"Notre prédiction ne bat pas seulement le record de température de transition supraconductrice dans les électrides, mais permet aussi une meilleure compréhension de ces matériaux, ", ont déclaré Bergara et Yang.

Selon les prédictions des chercheurs, autres phosphures riches en Li, comme Li 5 P, Li 11 P 2 , Li 1 5P 2 , et Li 8 P, pourraient aussi être des électrides supraconducteurs, pourtant leur T c devrait être inférieur. Cette récente étude de Bergara, Yang et leurs collègues pourraient ouvrir la voie à de nouvelles recherches explorant la supraconductivité à haute température dans des composés binaires similaires.

« Nous pensons que la recherche sur les électrides supraconducteurs vient de commencer, " Bergara et Yang ont dit. " Il y a encore beaucoup à explorer, par exemple, l'analyse du mécanisme supraconducteur dans de nouveaux composés électridiques, surtout sous haute pression. Comme nous l'avons montré dans cet article, un moyen efficace de concevoir de tels matériaux supraconducteurs est d'explorer les composés d'électrides métalliques formés entre des éléments électronégatifs faibles et des éléments électropositifs forts. »

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