_ Rotire aproape 2D -Tranziția Peierls prin electroni anionici interstițiali în K(NH₃)₂

Într-o lucrare publicată în Science Bulletin, o echipă chineză de oameni de știință prezice o nouă electridă K(NH3)2, cu electroni interstițiali distribuiți în cuști formate de șase molecule de amoniac și formând o rețea triunghiulară cvasi-2D. Ei au dezvăluit că acest material suferă o tranziție de fază spin-Peierls sub presiuni moderate.

Acest studiu a fost condus de prof. Jian Sun (Laboratorul național de microstructuri în stare solidă, Școala de fizică și Centrul de inovare colaborativă de avansati). Microstructuri, Universitatea Nanjing). Echipa a folosit software-ul de predicție a structurii cristaline dezvoltate de sine, MAGUS și a efectuat calcule de bază pentru a determina structurile cristaline ale compusului de potasiu amoniac la presiuni moderate, care a fost recunoscut ca electridă în condiții ambientale de mult timp.

Interacțiunile electron-fonon și corelațiile electron-electron reprezintă două fațete cruciale în fizica materiei condensate. Într-un sistem model de lanț antiferomagnetic spin-1/2 plin pe jumătate, dimerizarea rețelei indusă de interacțiunea electron-nucleu poate fi intensificată prin repulsie Coulomb la fața locului, rezultând într-o stare spin-Peierls. În două dimensiuni, totuși, materialul real care prezintă astfel de fenomene nu a fost niciodată găsit.

Pe de altă parte, electridele sunt materiale în care electronii nelegați ocupă goluri cristaline și prezintă comportamente anionice (IAE). Este bine stabilit că corelațiile dintre IAE-urile polarizate cu spin și cuplarea lor cu nucleele adiacente ar putea declanșa fenomene cuantice mai interesante.

Până acum, totuși, au existat foarte puține lucrări care explorează interacțiunile dintre cele corelate. IAE-uri și fononi. Unul dintre motivele principale este numărul mare de atomi din electridele organice, de unde apar majoritatea IAE-urilor antiferomagnetice.

Echipa a identificat că R-3m K(NH3)2 atinge stabilitate termodinamică la aproximativ 2 GPa, care adoptă o celulă primitivă romboedrică, iar moleculele de amoniac sunt situate pe ambele părți ale straturilor de potasiu.

Unii dintre electronii de valență sunt distribuiți în cavitățile interstraturilor înconjurate de șase atomi de hidrogen, formând electroni anionici interstițiali. . Banda care traversează nivelul Fermi este atribuită în primul rând acestor IAE, care există ca entități izolate cu molecule de amoniac care leagă punte.

Cercetătorii au explorat, de asemenea, efectele presiunii asupra fononului și proprietăților electronice. Singularitățile van-Hove (VHS) sunt aduse la nivelul Fermi sub presiune mai mare, ceea ce induce instabilitatea de tip Peierls și structura dimerizată. Aceste VHS contribuie, de asemenea, la o densitate de stări asemănătoare treptelor, sporind corelațiile electronilor și inducând instabilitate magnetică. Starea fundamentală magnetică s-a dovedit a fi antiferomagnetism de tip zigzag, care poate fi descris de modelul Heisenberg cu interacțiuni magnetice învecinate modulate.

Mai important, calculele de la primul principiu arată că instabilitatea magnetică și Peierls nu numai că coexistă, dar prezintă și o interacțiune pozitivă, constituind un scenariu de tranziție spin-Peierls fără precedent într-un material 2D realist, care implică în special IAE.

„Este foarte intrigant să dezvălui fenomene fizice atât de abundente într-un material realist. Interacțiunile dintre IAE-uri și fononi corelate pot oferi inspirație pentru explorarea interacțiunilor magnetice, a distorsiunilor structurale și a undelor de densitate a sarcinii", spune Jian.

(Fluierul)