Debido a que algunos materiales basados ​​en A2BO4 como (Pr, La) 2 (Ni, Cu, Ga) O4 + δ exhiben una alta conductividad de iones de óxido, Los científicos de Tokyo Tech han estado explorando nuevas familias de estructuras de materiales basados ​​en ABCO4 como BaRInO4, donde R representa un elemento de tierras raras. Aquí, A, B, y C son cationes ubicados en diferentes sitios cristalográficos, y A, B, y C en ABCO4 corresponden a A, A, y B, respectivamente, en A2BO4.

Muchos investigadores han investigado la óptica, eléctrico, y propiedades magnéticas de los materiales de tipo CaFe2O4, pero los conductores de iones de óxido puro de tipo CaFe2O4 aún no se han informado. Por lo tanto, El profesor Masatomo Yashima y sus colegas sintetizaron un nuevo material de tipo CaFe2O4, óxido de estroncio iterbio indio, SrYbInO ₄ . Investigaron su estructura cristalina desde temperatura ambiente hasta 1273 K, su dependencia de la temperatura y la presión parcial de la conductividad eléctrica, y vías de difusión de iones de óxido. Los factores de ocupación también se refinan cuidadosamente utilizando no solo datos de difracción de rayos X convencionales, sino también datos de tiempo de vuelo (TOF) y de difracción de rayos X de neutrones y sincrotrones de tipo dispersivo en ángulo para obtener resultados confiables. Demuestran un trastorno ocupacional Yb / In parcial en SrYbInO4 mediante análisis cuidadosos de los factores de ocupación.

El profesor Yashima y sus colegas han elegido la composición química SrYbInO4, porque no contiene catión de metal de transición, lo que conduce a una menor conducción electrónica. Es más, Se esperaba que SrYbInO4 tuviera la estructura de tipo CaFe2O4 en el mapa de campo de estructura que se muestra en la Fig. 1. Radios iónicos de Sr2 + y (Yb3 +, In3 +) son mayores que las de Ca2 + y Fe3 +, por tanto, se espera que el SrYbInO4 tenga una menor energía de activación para la conductividad de iones de óxido en comparación con el CaFe2O4.

SrYbInO ₄ fue sintetizado por una reacción en estado sólido. SrYbInO4 se caracterizó mediante difracción de rayos X, análisis químico, y análisis termogravimétrico. La banda prohibida de SrYbInO ₄ también se estimó utilizando espectros de reflectancia UV-vis, lo que sugirió que SrYbInO4 es un aislante electrónico. Estos resultados sugirieron fuertemente que SrYbInO ₄ era un conductor puro de iones de óxido.

Utilizando datos de difracción de rayos X de neutrones y sincrotrones y el método de Rietveld, El profesor Yashima y sus colegas demostraron que SrYbInO4 es una única fase ortorrómbica con trastorno ocupacional Yb / In en los sitios B y C, y no hay vacantes en los sitios de catión y oxígeno. Las sumas de valencia de enlace y la optimización estructural basada en DFT indicaron la validez de la estructura cristalina refinada de SrYbInO ₄ . Por lo tanto, el nuevo material SrYbInO4 es el primer ejemplo de conductores de iones de óxido puro con una estructura de tipo CaFe2O4.

Además, la dependencia de la temperatura de la conductividad de iones de óxido mostró una menor energía de activación de SrYbInO ₄ (1,76 eV) que el de CaFe2O4 (3,3 eV), lo cual fue apoyado también por los cálculos de energía basados ​​en la valencia del enlace. La menor energía de activación es atribuible al mayor tamaño del cuello de botella para la migración de iones de óxido debido a los radios iónicos más grandes de Sr2 + y (Yb3 +, In3 +) que los de Ca2 + y Fe3 +, respectivamente.

El profesor Yashima y sus colegas afirmaron que la conductividad de iones de óxido de SrYbInO ₄ podría mejorarse con el dopaje, cambiar el grado de ordenación y desorden de los cationes, y usando una A más grande, B, y cationes C en la estructura ABCO4, lo que conduce a una reducción adicional de la energía de activación y una mayor conductividad de iones de óxido. Los hallazgos de este estudio pueden abrir nuevas vías en el desarrollo de conductores de iones basados ​​en ABCO4.