Mapa de densidade de carga de uma grande área do material mostrando um perfil não homogêneo no centro das colunas intersticiais. As visualizações ampliadas de colunas fornecem medidas quantitativas da falta de homogeneidade inesperada em todo o conjunto de dados. Perfis de linha (vermelho) ao longo dos centros das colunas em comparação com a carga teoricamente prevista (preto, rotulados como DFT) mostram que existem desvios significativos em algumas colunas. Uma explicação teórica de que o desvio é causado pela presença de vestígios de hidrogênio foi posteriormente corroborada por experimentos de espalhamento de nêutrons. Crédito:Zheng, et al.
Uma equipe de pesquisadores liderada pelo microscopista do Laboratório Nacional Oak Ridge Miaofang Chi e o físico teórico de Vanderbilt Sokrates Pantelides usaram uma nova técnica de Microscópio Eletrônico de Transmissão de Varredura para criar imagens da distribuição de elétrons em compostos iônicos conhecidos como eletrídeos - especialmente os elétrons que flutuam livremente dentro de bolsos e aparecem separado da rede atômica.
A nova técnica, contraste de fase diferencial em STEM, mede e mapeia campos elétricos e distribuições de carga dentro de um material. O estudo é a primeira vez que o DPC é usado dessa forma. Ao analisar imagens de carga de dezenas desses canais, a equipe descobriu que apenas alguns contêm a carga negativa prevista por cálculos teóricos, enquanto outros têm significativamente menos carga negativa ou mesmo uma pequena concentração de carga positiva. As décadas de experiência de Pantelides com hidrogênio levaram à sugestão de que traços de hidrogênio, que são essencialmente impossíveis de eliminar, são responsáveis pela não homogeneidade observada, e cálculos subsequentes detalhados confirmaram a hipótese. Os experimentos de espalhamento de nêutrons forneceram evidências em apoio ao cenário do hidrogênio.
Pantelides espera que muitos físicos e engenheiros usem os resultados deste estudo para informar suas pesquisas, como toda a tecnologia moderna é construída em propriedades eletrônicas de materiais.
Uma área de pesquisa de fronteira que decolou nos últimos 10 anos, "eletrídeos demoravam a entender por causa de suas propriedades estranhas, "disse Chi, membro da equipe de pesquisa do Center for Nanophase Materials Sciences no ORNL. "Este trabalho fornece uma técnica que visualiza e quantifica diretamente esses elétrons que se comportam como um átomo sem núcleo, fornecendo uma ferramenta única para investigar eletrídeos. "
“Os materiais são promissores, "disse Pantelides, Professor Distinto da Universidade de Física e Engenharia e William A. &Nancy F. McMinn Professor de Física. "Prevemos que este trabalho será usado em análises experimentais e teóricas das propriedades exóticas dos eletrídeos e do papel que o hidrogênio pode ter em seu comportamento."
Atualmente, os cientistas da computação estão implantando técnicas de aprendizado de máquina para identificar rapidamente materiais com assinaturas de eletrídeos, para que possam ser investigados. Já se sabe que eletrídeos são bons para armazenar hidrogênio, podem ser usados como catalisadores, carregam correntes fortes por causa de sua alta mobilidade de elétrons e muitas vezes exibem magnetismo não convencional, até mesmo supercondutividade. Essas e outras propriedades tornam seu desenvolvimento atraente para uma série de tecnologias emergentes.
