Porque alguns materiais baseados em A2BO4, como (Pr, La) 2 (Ni, Cu, Ga) O4 + δ exibem alta condutividade óxido-íon, cientistas da Tokyo Tech têm explorado novas famílias de estruturas de materiais baseados em ABCO4 como BaRInO4, onde R representa um elemento de terra rara. Aqui, UMA, B, e C são cátions localizados em diferentes sítios cristalográficos, e A, B, e C em ABCO4 correspondem a A, UMA, e B, respectivamente, em A2BO4.

Muitos pesquisadores investigaram a óptica, elétrico, e propriedades magnéticas de materiais do tipo CaFe2O4, mas os condutores de óxido-íon puro do tipo CaFe2O4 ainda não foram relatados. Portanto, O professor Masatomo Yashima e colegas sintetizaram um novo material do tipo CaFe2O4, óxido de índio e itérbio estrôncio, SrYbInO ₄ . Eles investigaram sua estrutura cristalina desde a temperatura ambiente até 1273 K, sua temperatura e dependência da pressão parcial da condutividade elétrica, e vias de difusão de íons de óxido. Os fatores de ocupação também são cuidadosamente refinados usando não apenas dados de difração de raios-X convencionais, mas também tempo de vôo (TOF) e dados de difração de raios-X de nêutrons e síncrotron do tipo dispersivo de ângulo, a fim de obter resultados confiáveis. Eles demonstram um distúrbio ocupacional parcial de Yb / In em SrYbInO4 por meio de análises cuidadosas dos fatores de ocupação.

O Prof. Yashima e colegas escolheram a composição química SrYbInO4, porque não contém cátion de metal de transição, o que leva a uma condução menos eletrônica. Além disso, Esperava-se que SrYbInO4 tivesse a estrutura do tipo CaFe2O4 no mapa de campo da estrutura mostrado na Fig. 1. Raios iônicos de Sr2 + e (Yb3 +, In3 +) são maiores do que os de Ca2 + e Fe3 +, assim, espera-se que o SrYbInO4 tenha uma energia de ativação mais baixa para a condutividade óxido-íon em comparação com o CaFe2O4.

SrYbInO ₄ foi sintetizado por uma reação de estado sólido. SrYbInO4 foi caracterizado por difração de raios-X, análises químicas, e análise termogravimétrica. A lacuna de banda de SrYbInO ₄ também foi estimado usando espectros de refletância UV-vis, o que sugeriu que SrYbInO4 é um isolante eletrônico. Estes resultados sugerem fortemente que SrYbInO ₄ era um condutor de íon óxido puro.

Usando dados de difração de raios-X de nêutrons e síncrotron e método de Rietveld, O Prof. Yashima e colegas mostraram que SrYbInO4 é uma fase ortorrômbica única com desordem ocupacional Yb / In nos locais B e C, e nenhuma vaga nos locais de cátion e oxigênio. As somas de valência de ligação e a otimização estrutural baseada em DFT indicaram a validade da estrutura cristalina refinada de SrYbInO ₄ . Portanto, o novo material SrYbInO4 é o primeiro exemplo de condutores de óxido-íon puros com uma estrutura do tipo CaFe2O4.

Além disso, a dependência da temperatura da condutividade óxido-íon mostrou menor energia de ativação de SrYbInO ₄ (1,76 eV) do que CaFe2O4 (3,3 eV), que foi apoiado também pelos cálculos de energia com base na valência da ligação. A energia de ativação mais baixa é atribuível ao tamanho do gargalo maior para a migração de íon óxido devido aos raios iônicos maiores de Sr2 + e (Yb3 +, In3 +) do que aqueles de Ca2 + e Fe3 +, respectivamente.

O Prof. Yashima e colegas afirmaram que a condutividade do íon óxido de SrYbInO ₄ poderia ser melhorado com doping, mudando o grau de ordenação e desordem de cátions, e usando A maior, B, e cátions C na estrutura ABCO4, o que leva a uma redução ainda maior da energia de ativação e maior condutividade óxido-íon. As descobertas deste estudo podem abrir novos caminhos no desenvolvimento de condutores iônicos baseados em ABCO4.