Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio, La Universidad de Tohoku y la Universidad de Tokio han aplicado métodos de escaneo avanzados para visualizar la superficie previamente inexplorada de un superconductor:titanato de litio (LiTi ₂ O ₄ ).

LiTi ₂ O ₄ es el único ejemplo conocido de un superconductor de óxido de espinela. Su rareza hace que LiTi ₂ O ₄ de enorme interés para quienes estudian los orígenes de la superconductividad, ya que tiene la temperatura de transición superconductora más alta (de hasta 13,7 K) dentro de este grupo de materiales.

Aunque LiTi ₂ O ₄ en forma a granel se ha estudiado durante décadas, poco se sabe de sus superficies, debido a la dificultad de preparar LiTi adecuado ₂ O ₄ superficies para un análisis más detallado.

Ahora, utilizando una combinación de métodos experimentales y teóricos, un equipo de investigadores que incluye a Taro Hitosugi de Tokyo Tech y el Instituto Avanzado de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku, ha obtenido evidencia visual de superconductividad en LiTi ultradelgado ₂ O ₄ Película (s, marcando un hito en la ciencia de superficies.

Publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el estudio comenzó con la detección de una brecha de energía inesperada, "insinuando la existencia de superconductividad en la superficie. Además, sus investigaciones revelaron que la superconductividad de la superficie se encuentra en estados diferentes a los del interior a granel. Los investigadores utilizaron dos métodos experimentales para visualizar este hallazgo:deposición de láser pulsado (PLD), una técnica que ha permitido la producción de LiTi de alta calidad ₂ O ₄ películas en condiciones de vacío; y microscopía / espectroscopía de túnel de barrido a baja temperatura (STM / STS), para obtener imágenes precisas de las superficies.

"Obtener imágenes de los átomos por primera vez fue sorprendente, ya que suele ser muy difícil observar los átomos de óxido de espinela, ", dice Hitosugi." Luego queríamos saber la disposición atómica exacta en la superficie, y para hacer eso, comparamos la teoría y el experimento ".

Entonces, para profundizar en cómo están ordenados los átomos, El equipo realizó cálculos teóricos que los llevaron a considerar cuatro tipos de corte de superficie de LiTi a granel ₂ O ₄ . Al comparar estos cuatro tipos, los investigadores encontraron una, llamada superficie terminada en TiLi2, que coincidía con sus observaciones experimentales.

Hitosugi explica que "conocer la disposición precisa de los átomos es lo más importante, "ya que este conocimiento ayudará a mejorar la comprensión de la superconductividad en su límite más delgado, superconductividad bidimensional en la superficie.

Además de las propiedades superconductoras, conocer los arreglos atómicos podría llevar a revelar los mecanismos detrás de las operaciones de las baterías de iones de litio. La comprensión de las superficies de los electrodos es un paso esencial para diseñar baterías de iones de litio de próxima generación con mayor capacidad. ciclos de vida mejorados y capacidades de carga rápida, porque los iones de litio migran a través de las superficies de los electrodos.

A medida que el estudio proporciona nuevas direcciones para la investigación de interfaces, Hitosugi planea colaborar con colegas de Tokyo Tech que ahora trabajan en electrolitos de estado sólido, específicamente para mejorar la comprensión de la interfaz electrodo-electrolito (EEI), uno de los temas más candentes en la investigación de baterías.

"Mucha gente está interesada en las baterías de estado sólido:el futuro de las baterías de iones de litio, ", dice." Ahora que conocemos la disposición atómica de la superficie de este material, podemos empezar a simular el funcionamiento de las baterías de litio de estado sólido ".