A simetria tripla indicada aqui revela a estrutura do cristal do espinélio. Crédito:Taro Hitosugi, Nature Communications
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio, A Tohoku University e a University of Tokyo aplicaram métodos avançados de digitalização para visualizar a superfície até então inexplorada de um supercondutor:titanato de lítio (LiTi 2 O 4 )
LiTi 2 O 4 é o único exemplo conhecido do chamado supercondutor de óxido de espinélio. Sua raridade torna LiTi 2 O 4 de enorme interesse para aqueles que estudam as origens da supercondutividade, já que tem a temperatura de transição supercondutora mais alta (de até 13,7 K) dentro deste grupo de materiais.
Embora LiTi 2 O 4 em massa foi estudado por décadas, pouco se sabe sobre suas superfícies, devido à dificuldade de preparar LiTi adequado 2 O 4 superfícies para análise posterior.
Agora, usando uma combinação de métodos experimentais e teóricos, uma equipe de pesquisadores, incluindo Taro Hitosugi da Tokyo Tech e o Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais da Universidade de Tohoku, obteve evidência visual de supercondutividade em LiTi ultrafino 2 O 4 filmes, marcando um marco na ciência de superfícies.
Publicado em Nature Communications , o estudo começou com a detecção de uma "lacuna de energia inesperada", "sugerindo a existência de supercondutividade na superfície. Além disso, suas investigações revelaram que a supercondutividade da superfície está em estados diferentes daquela do interior. Os pesquisadores usaram dois métodos experimentais para visualizar este achado:deposição de laser pulsado (PLD), uma técnica que permitiu a produção de LiTi de alta qualidade 2 O 4 filmes sob condições de vácuo; e microscopia / espectroscopia de tunelamento de varredura de baixa temperatura (STM / STS), para imagens precisas das superfícies.
"Imaginar os átomos pela primeira vez foi surpreendente, como geralmente é muito difícil observar os átomos de óxido de espinela, "diz Hitosugi." Queríamos então saber o arranjo atômico exato na superfície, e para fazer isso, comparamos teoria e experimento. "
Então, para se aprofundar em como os átomos estão organizados, a equipe fez cálculos teóricos que os levaram a considerar quatro tipos de corte de superfície de LiTi em massa 2 O 4 . Ao comparar esses quatro tipos, os pesquisadores encontraram uma - chamada superfície terminada em TiLi2 - que combinava com suas observações experimentais.
Os pesquisadores compararam quatro tipos possíveis de corte de superfície de LiTi2O4 a granel deduzidos de cálculos teóricos. Crédito:Taro Hitosugi, Nature Communications
Hitosugi explica que "saber o arranjo preciso dos átomos é a coisa mais importante, "já que esse conhecimento ajudará a avançar a compreensão da supercondutividade em seu limite mais tênue, supercondutividade bidimensional na superfície.
Além das propriedades supercondutoras, conhecer os arranjos atômicos pode levar à revelação dos mecanismos por trás das operações da bateria de íon-lítio. A compreensão das superfícies dos eletrodos é uma etapa essencial para projetar baterias de íon-lítio de próxima geração com maior capacidade, ciclos de vida aprimorados e recursos de carregamento rápido, porque os íons de lítio migram pelas superfícies do eletrodo.
Como o estudo fornece novas direções para a pesquisa de interface, Hitosugi planeja colaborar com colegas da Tokyo Tech agora trabalhando em eletrólitos de estado sólido, especificamente para melhorar a compreensão da interface eletrodo-eletrólito (EEI), um dos tópicos mais quentes na pesquisa de baterias.
"Muitas pessoas estão interessadas em baterias de estado sólido - o futuro das baterias de íon-lítio, "ele diz." Agora que sabemos o arranjo atômico da superfície deste material, podemos começar a simular a operação de baterias de lítio de estado sólido. "
