Las técnicas nucleares han jugado un papel importante en la determinación de la estructura cristalina de un tipo raro de aleación intermetálica que exhibe superconductividad.

La investigación, que fue publicado recientemente en el Cuentas de investigación química , fue una empresa liderada por investigadores del Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos, con la colaboración de la Universidad Nacional Ivan-Franko de Lviv, la Universidad Técnica de Freiberg, el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, y ANSTO.

Las aleaciones metálicas complejas (CMA) tienen el potencial de actuar como catalizadores y servir como materiales para dispositivos que convierten el calor en energía (generadores termoeléctricos) o usan refrigeración magnética para mejorar la eficiencia energética de los sistemas de control de temperatura y enfriamiento.

Los generadores termoeléctricos se utilizan para aplicaciones remotas de baja potencia o donde los motores térmicos más voluminosos pero más eficientes no serían posibles.

Las propiedades únicas de los CMA se derivan de su intrincada superestructura, con cada celda unitaria repetida que comprende cientos o miles de átomos.

El estudio se centró en una fase de berilio y platino, Be21Pt5. El bajo poder de dispersión de rayos X de los átomos de berilio había planteado previamente una barrera para los investigadores que intentaban resolver la estructura de las CMA ricas en berilio. como Be21Pt5, mediante el uso de técnicas de difracción de rayos X en polvo.

Para localizar los átomos de berilio, Los investigadores utilizaron el difractómetro de polvo de neutrones ECHIDNA en el Centro Australiano de Dispersión de Neutrones.

Dr. Maxim Avdeev, un científico de instrumentos, señaló que el uso de haces de neutrones en combinación con datos de rayos X fue clave para resolver la estructura.

"Dado que el berilio es un elemento ligero, dispersará los neutrones más lejos que los rayos X por un factor de aproximadamente 20. No fue posible localizar los átomos de berilio en el cristal usando rayos X, pero con la difracción de neutrones los encontramos fácilmente ".

"Dado que el berilio es un elemento ligero, dispersa débilmente los rayos X. Comparado con el platino, el contraste es de aproximadamente 1 a 20. El uso de neutrones cambia la relación a aproximadamente 16 a 20, lo que permitió encontrar fácilmente átomos de berilio en la estructura cristalina ".

Los datos de la difracción de rayos X y polvo de neutrones se complementaron con cálculos mecánicos cuánticos para determinar la distribución de la densidad electrónica que define las propiedades electrónicas del material.

Los datos de difracción indicaron que la estructura cristalina de Be21Pt5 se construyó a partir de cuatro tipos de grupos o unidades poliédricas anidadas. Cada grupo contenía cuatro capas que comprenden 26 átomos con una distribución única de defectos, lugares donde falta un átomo o está colocado irregularmente en la estructura reticular.

Los experimentos de difracción de neutrones en ANSTO ayudaron a determinar la estructura cristalina determinar la estructura de Be21Pt5, que constaba de cuatro grupos únicos (codificados por colores arriba en la imagen), cada uno contiene 26 átomos.

La naturaleza colaborativa del estudio también fue fundamental para resolver la estructura.

"La muestra física se sintetizó en Alemania y se envió a Australia para su análisis. Una vez que enviamos los datos de difracción a nuestros colaboradores, pudieron resolver la estructura en sus instituciones de origen ".

Habiendo resuelto la estructura cristalina, el equipo de investigación también centró su atención en las propiedades físicas de Be21Pt5 e hizo un descubrimiento inesperado. A temperaturas inferiores a 2 K, Se encontró que Be21Pt5 exhibía superconductividad.

"Es un caso bastante inusual que esta familia de compuestos intermetálicos se someta a una fase superconductora. Se necesitan más estudios para comprender qué hace que este sistema sea especial y los experimentos de dispersión de neutrones jugarán un papel importante en el proceso".