g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

İlerleme | Basınca bağlı spin durumu değişimi ve metaller arasında yük transferi

Geçiş metalleri değişken değerlik durumlarına sahiptir ve değerlik durumlarındaki değişiklikler, maddelerin yapısında ve fiziksel özelliklerinde önemli değişikliklere neden olabilecek dış elektronik yapıdaki (elektron sayısı, orbital sayısı vb. Dahil) değişiklikleri gösterir. Araştırmacılar, fiziksel özelliklerin etkili kontrolünü sağlamak için genellikle elektronların konfigürasyonunu kontrol etmek için kimyasal doping yöntemleri kullanırlar. Bununla birlikte, kimyasal doping kaçınılmaz olarak kimyasal düzensizlik ve / veya faz ayrılmasına neden olur, bu da malzemelerin içsel fiziksel özelliklerinin incelenmesini etkiler. Kimyasal doping, spin durumu değişiklikleri (örneğin: yüksek spin orta spin düşük spin) ve intermetalik yük transferi gibi "harici" kontrol yöntemleri ile karşılaştırıldığında ve diğer "dahili" kontrol yöntemleri, doping elemanları eklenmeden kullanılabilir Daha saf bir elektronik kontrole karşılık gelen elektronik yapıdaki değişikliği anlayın. Fe, Co, Mn gibi geçiş metal bileşiklerinde spin durumu değişiklikleri gözlemlense de, katı materyallerde farklı atomik konumlarda metal iyonları arasındaki yük transferi çok nadirdir, çünkü tek fazlı bir materyalde iki benzer enerji gerektirir. İyonların iyonik durumu, böylece elektronlar, uygun harici uyarma altında iki metal iyonu arasında aktarılabilir (Long ve diğerleri, Nature 458, 60, 2009).

Kısa süre önce, Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Araştırma Merkezi, M08 Eyalet Anahtar Laboratuvarı'ndan araştırmacı Long Youwen, yüksek basınçta hazırlanmış özel bir yüklü madde PbCoO3 (Pb2 + Pb4 + 3Co2 + 2Co3 + 2O12) üzerinde çalışıyor. , Co2 + iyonlarının basınca bağlı yüksek spin-düşük spin durum geçişini ve Pb4 + -Co2 + arasındaki yük transferini keşfeden ilk kişi oldu, bu da kristal yapının iki birinci dereceden faz geçişine ve yalıtkan-metal-yalıtkan gibi çoklu elektriksel taşıma özelliklerine maruz kalmasına neden oldu Bu çalışma, iki elektronik faz geçişinin, dönüş durumu ve yük transferinin tek fazlı malzemelerde aynı anda keşfedildiği ilk çalışma.

Önceki çalışmada, Long Youwen'in ekibi yeni bir perovskit minerali PbCoO3 elde etmek için yüksek basınç ve yüksek sıcaklık deney koşullarını kullandı (bkz. JACS, 139, 4574, 2017). Materyal basit bir ABO3 perovskit kimyasal formülüne sahip olmasına rağmen, A bölgesindeki Pb'nin 1: 3 sıralı Pb2 + ve Pb4 + şarj durumu varken, B sahasındaki Co'nun Co2 + ve Co3 + şarj durumu 1: 1 tuz kaya türü vardır Ve Co2 + manyetik bir yüksek dönüş durumudur (S = 3/2), ancak Co3 + manyetik olmayan düşük dönüş durumudur (S = 0). İki metal iyonunun özel yük sıralaması dikkate alınarak malzemenin kimyasal formülü Pb2 + Pb4 + 3Co2 + 2Co3 + 2O12 olarak yazılabilir. Ekip, bu madde için yerinde yüksek voltaj direnci, senkrotron radyasyon X-ışını kırınımı, emisyon spektroskopisi, absorpsiyon spektrumları ve yüksek basınçlı nötronlar gibi bir dizi test gerçekleştirdi ve dönüş durumu ile yük durumu hassasiyetinin basınca bağımlılığını keşfetti. Basınç kademeli olarak 15 GPa'ya yükseldikçe, Co2 + iyonu sürekli olarak yüksek dönüş durumundan düşük dönüş durumuna değişti. Yerinde yüksek basınç genellikle bant genişliğini genişletebilir ve direnci azaltabilirse de, dönüş durumundaki değişiklik, basınç artışı ile PbCoO3'ün direncini anormal şekilde artırır. Dönme durumu geçişi bittiğinde, düşük spinli Co2 + iyonu ile anormal derecede yüksek valanslı Pb4 + iyonu arasında yük transferi meydana gelir.Yük transferinin birikim etkisi, malzemenin 20 GPa civarında birinci dereceden kristal yapı faz değişikliğine uğramasına neden olarak malzemenin orijinal kübikten değişmesine neden olur. Kristal sistem, tetragonal bir kristal sisteme dönüştürülür. Yük aktarımı, B bölgesi yükünün düzenli dağılımını bozduğundan, yapısal faz değişikliği meydana geldiğinde, malzemeye ayrıca yalıtkan-metalizasyon faz değişikliği de eşlik eder. Pb4 + -Co2 + 'nin yük aktarımı, düşük spinli Co2 +' nın (S = 1/2) tamamen yalıtılmış düşük spinli Co3 + durumuna (S = 0) dönüşmesine neden olur ve bu da birinci dereceden kristal yapının 30 GPa ve daha ileri seviyede ikinci faz geçişine neden olur. İzolasyon davranışı (yani metal izolatör geçişi). Bu çalışma, ilk kez iki elektronik faz geçişinin, dönüş durumu ve yük transferinin tek fazlı bir malzemede aynı anda keşfedildiği ve kristal kafes, yük, dönme ve yörünge gibi çoklu serbestlik derecelerinde hızlı değişikliklere yol açtığı ilk çalışmadır.

İlgili araştırma sonuçları son J. Am. Chem.Soc.'da yayınlandı ve JACS tarafından kapak kağıdı olarak seçildi. Bu araştırma çalışması, Taiwan Synchrotron Radyasyon Araştırma Merkezi'nden Profesör J.M. Chen, Tokyo Teknoloji Enstitüsü'nden Profesör M. Azuma, Almanya'daki Max Planck Enstitüsü'nden Dr. Z.W Hu ve Institute of Physics'ten Araştırmacı Jin Changqing gibi birçok ekibin yakın işbirliğini kazandı. Bu çalışma, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (2018YFE0103200, 2018YFA0305700), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (11934017, 51772324, 11921004, 11574378), Çin Bilimler Akademisi (YZ201555, QYZDB-SSW-SLH013, GJHZ1773) ve diğer projeler tarafından desteklenmiştir.