Mapa de densidad de carga de una gran área del material que muestra un perfil no homogéneo en el centro de las columnas intersticiales. Las vistas ampliadas de las columnas producen medidas cuantitativas de la falta de homogeneidad inesperada en todo el conjunto de datos. Perfiles de línea (rojo) a través de los centros de las columnas en comparación con la carga teóricamente predicha (negro, etiquetados DFT) muestran que existen desviaciones significativas en algunas columnas. Una explicación teórica de que la desviación es causada por la presencia de trazas de hidrógeno fue corroborada posteriormente por experimentos de dispersión de neutrones. Crédito:Zheng, et al.
Un equipo de investigadores dirigido por el microscopista del Laboratorio Nacional de Oak Ridge Miaofang Chi y el físico teórico de Vanderbilt Sokrates Pantelides ha utilizado una nueva técnica de microscopio electrónico de transmisión de barrido para obtener imágenes de la distribución de electrones en compuestos iónicos conocidos como electrides, especialmente los electrones que flotan libremente dentro de los bolsillos y aparecen. separado de la red atómica.
La nueva técnica, contraste de fase diferencial en STEM, mide y mapea campos eléctricos y distribuciones de carga dentro de un material. El estudio es la primera vez que se utiliza DPC de esta manera. Al analizar las imágenes de carga de docenas de dichos canales, el equipo descubrió que solo algunos contienen la carga negativa predicha por cálculos teóricos, mientras que otros tienen una concentración significativamente menos negativa o incluso pequeña de carga positiva. Las décadas de experiencia de Pantelides con el hidrógeno llevaron a la sugerencia de que las trazas de hidrógeno, que son esencialmente imposibles de eliminar, son responsables de la falta de homogeneidad observada, y cálculos detallados posteriores confirmaron la hipótesis. Los experimentos de dispersión de neutrones proporcionaron evidencia en apoyo del escenario del hidrógeno.
Pantelides espera que muchos físicos e ingenieros utilicen los resultados de este estudio para informar su investigación. ya que toda la tecnología moderna se basa en las propiedades electrónicas de los materiales.
Un área de investigación de frontera que despegó en los últimos 10 años, "los electridos eran lentos de comprender debido a sus extrañas propiedades, "dijo Chi, un miembro del personal de investigación en el Centro de Ciencias de Materiales Nanophase en ORNL. “Este trabajo proporciona una técnica que visualiza y cuantifica directamente estos electrones que se comportan como un átomo sin núcleo, proporcionando una herramienta única para investigar electridas ".
"Los materiales son prometedores, "dijo Pantelides, Profesor Distinguido de la Universidad de Física e Ingeniería y Profesor de Física William A. &Nancy F. McMinn. "Anticipamos que este trabajo se utilizará tanto en análisis experimentales como teóricos de las propiedades exóticas de las electridas y el papel que el hidrógeno puede tener en su comportamiento".
En la actualidad, Los científicos informáticos están implementando técnicas de aprendizaje automático para identificar rápidamente materiales con firmas eléctricas para que puedan investigarse más a fondo. Ya se sabe que los electridos son buenos para almacenar hidrógeno, se pueden utilizar como catalizadores, llevan corrientes fuertes debido a su alta movilidad de electrones y, a menudo, exhiben un magnetismo no convencional, incluso superconductividad. Estas y otras propiedades hacen que su desarrollo sea atractivo para una variedad de tecnologías emergentes.
