Литий-молибденовая фиолетовая бронза
Литий-молибденовая пурпурная бронза представляет собой химическое соединение с формулой Li.
0,9 мес.
6 Ох
17 то есть смешанный оксид молибдена лития и , . Его можно получить в виде плоских кристаллов пурпурно-красного цвета с металлическим блеском (отсюда и название «пурпурная бронза»). [ 1 ] [ 2 ]
Это соединение является одним из нескольких молибденовых бронз общей формулы А.
х МО
и О
z где А – щелочной металл или таллий Tl. Среди них (а также среди подкласса «фиолетовых» молибденовых бронз) она выделяется своими своеобразными электрическими свойствами, в том числе выраженной анизотропией , делающей ее «квази-1D» проводником, и переходом металл-изолятор, как он охлаждается ниже К. 30
Подготовка
[ редактировать ]Соединение было впервые получено Мартой Гринблатт и другими с помощью метода потока с градиентом температуры. В типичном приготовлении стехиометрический расплав Li
2 МО
4 , МО
2 и МО
3 выдерживают в температурном градиенте от 490 до 640 °С в печи 15 см в вакууме в течение нескольких дней. Излишки реагентов растворяют горячим раствором карбоната калия , образуя пластинчатые кристаллы металлического фиолетового цвета шириной пару мм и толщиной менее мм. [ 1 ] [ 3 ]
Структура
[ редактировать ]Кристаллическая структура Li
0,9 мес.
6 Ох
17 на монокристаллах было определено Онодой и другими посредством дифракции рентгеновских лучей . Кристаллическая система моноклинная , с приблизительными элементарной ячейки размерами a = 1,2762 нм , b = 0,5523 нм и c = 0,9499 нм, с углом β = 90,61°, объёмом V = 0,6695 нм. 3 и Z = 2. В типичных кристаллах a — самый короткий размер (перпендикулярно пластинам), а b — самый длинный. Плотность 4,24 г / см. 3 . Структура существенно отличается от структуры калий-молибденовой пурпурной бронзы К.
0,9 мес.
6 Ох
17 , за исключением того, что оба организованы слоями. Разницу можно объяснить относительными размерами K +
и Ли +
ионы. [ 1 ] [ 2 ]
Элементарная ячейка содержит шесть кристаллографически независимых позиций молибдена. Одна треть атомов молибдена окружена четырьмя атомами кислорода, две трети — шестью атомами кислорода. Кристалл представляет собой стопку плит; каждая плита состоит из трех слоев искаженного MoO.
6 октаэдров с общими углами. Ионы лития внедряются в большие свободные места между пластинами. простираются зигзагообразные цепочки из чередующихся атомов молибдена и кислорода Вдоль оси b . [ 2 ]
Характеристики
[ редактировать ]Литий-молибденовая пурпурная бронза сильно отличается от аналогов натрия, калия и таллия. Он имеет трехмерную кристаллическую структуру, но псевдоодномерный (1D) металлический характер и в конечном итоге становится сверхпроводником при температуре около 2 К. [ 4 ] Его свойства наиболее впечатляющи ниже 5 мэВ. Теория жидкости Томонаги -Латтинджера была использована для объяснения ее аномального поведения. [ 5 ]
Электропроводность
[ редактировать ]При комнатной температуре Гринблатт и другие (в 1984 г.) измерили удельное сопротивление литиевой пурпурной бронзы по осям a , b и c как 2,47 Ом·см , 0,0095 Ом·см и порядка 0,25 Ом·см соответственно. [ 1 ] Проводимости , будут в соотношении 1:250:10 [ 2 ] [ 6 ] что сделало бы это соединение почти одномерным проводником. Однако Да Луз и другие (2007) измерили 0,079, 0,018 и 0,050 Ом см соответственно. [ 7 ] что соответствует соотношениям проводимостей 1:6:2,4 для a : b : c ; тогда как Х. Чен и другие (2010) измерили 0,854, 0,016 и 0,0645 Ом см соответственно, [ 3 ] что соответствует коэффициенту проводимости 1:53:13. [ 3 ]
Эту анизотропию объясняют кристаллической структурой, в частности зигзагообразными цепочками атомов молибдена и кислорода. [ 2 ]
Сопротивление и температура
[ редактировать ]Удельное сопротивление по всем трем осям линейно возрастает с температурой примерно от 30 К до 300 К, как в металле. [ 3 ] Это аномально, поскольку такой закон ожидается выше температуры Дебая (= 400 К для этого соединения) [ 8 ] Отношения сопротивлений по трем осям сохраняются в этом диапазоне. [ 3 ]
Переход металл-изолятор
[ редактировать ]Когда литиевая пурпурная бронза охлаждается с 30 К до 20 К, она резко превращается в изолятор. После достижения минимума около 24 К удельное сопротивление увеличивается в 10 раз и становится несколько более изотропным с проводимостями 1:25:14. Анизотропия частично восстанавливается, если приложить магнитное поле перпендикулярно оси b . [ 3 ] Переход может быть связан с возникновением волны зарядовой плотности . [ 1 ] Сантос и другие заметили, что коэффициент теплового расширения является наибольшим вдоль оси a , поэтому охлаждение сближает проводящие цепи, что приводит к пересечению размеров. [ 9 ] Теория жидкостей Латтинжера предсказывает такое поведение. Во всяком случае, по состоянию на 2010 год не было единого объяснения этого перехода. [ 3 ] В 2023 году было высказано предположение, что странное поведение может быть связано с возникающей симметрией (в отличие от нарушения симметрии) из-за интерференции между электронами проводимости и темными экситонами. [ 10 ] [ 11 ]
Сверхпроводящее состояние
[ редактировать ]Литий-молибденовая пурпурная бронза становится сверхпроводником при температуре от 1 до К. 2 [ 1 ]
Теплопроводность
[ редактировать ]Li 0,9 Mo 6 O 17 из-за спин-зарядового разделения может иметь гораздо более высокую теплопроводность , чем предсказывает закон Видемана-Франца . [ 12 ]
Магнитосопротивление
[ редактировать ]Магнитосопротивление литиевой пурпурной бронзы отрицательно , когда магнитное поле приложено вдоль оси b, но велико и положительно, когда поле приложено вдоль оси a и оси c. [ 3 ]
См. также
[ редактировать ]- Натриево-вольфрамовая бронза Na
х ВО
3 , соединение от золотистого до фиолетового металлического цвета. - Магнитохромизм
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Гринблатт, М.; МакКэрролл, Вашингтон; Нейфельд, Р.; Крофт, М.; Ващак, СП (1984). «Квазидвумерные электронные свойства литий-молибденовой бронзы Li 0,9 Mo 6 O 17 ». Твердотельные коммуникации . 51 (9). Эльзевир Б.В.: 671–674. Бибкод : 1984SSCom..51..671G . дои : 10.1016/0038-1098(84)90944-x . ISSN 0038-1098 .
- ^ Jump up to: а б с д и Онода, М.; Ториуми, К.; Мацуда, Ю.; Сато, М. (1987). «Кристаллическая структура литий-молибденовой пурпурной бронзы Li 0,9 Mo 6 O 17 ». Журнал химии твердого тела . 66 (1). Эльзевир Б.В.: 163–170. Бибкод : 1987ЖССЧ..66..163О . дои : 10.1016/0022-4596(87)90231-3 . ISSN 0022-4596 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Чен, Х.; Инь, Джей-Джей; Се, ЮЛ; Ву, Г.; Ву, Т.; Чен, XH (01 марта 2010 г.). «Магнитотранспортные свойства монокристалла пурпурной бронзы Li 0,9 Mo 6 O 17 ». EPL (Письма по еврофизике) . 89 (6). Издательство IOP: 67010. arXiv : 0906.3855 . Бибкод : 2010EL.....8967010C . дои : 10.1209/0295-5075/89/67010 . ISSN 0295-5075 . S2CID 122903841 .
- ^ Вангбо, Мён Хван; Канаделл, Энрик. (1988). «Зонковая электронная структура литий-молибденовой пурпурной бронзы Li 0,9 Mo 6 O 17 ». Журнал Американского химического общества . 110 (2). Американское химическое общество (ACS): 358–363. дои : 10.1021/ja00210a006 . ISSN 0002-7863 .
- ^ Чудзинский, П.; Ярлборг, Т.; Джамарчи, Т. (27 августа 2012 г.). «Теория жидкости Латтинджера пурпурной бронзы Li 0,9 Mo 6 O 17 в зарядовом режиме» . Физический обзор B . 86 (7): 075147. arXiv : 1205.0239 . Бибкод : 2012PhRvB..86g5147C . дои : 10.1103/physrevb.86.075147 . ISSN 1098-0121 . S2CID 53396531 .
- ^ Марта Гринблатт (1996), «Молибден и вольфрамовая бронза: низкоразмерные металлы с необычными свойствами». В издании К. Шленкера, Книга «Физика и химия низкоразмерных неорганических проводников», Springer, 481 страница. ISBN 9780306453045
- ^ да Луш, MS; дос Сантос, CAM; Морено, Дж.; Уайт, Б.Д.; Ноймайер, Джей-Джей (21 декабря 2007 г.). «Анизотропное электросопротивление квазиодномерного Li 0,9 Mo 6 O 17, определенное методом Монтгомери». Физический обзор B . 76 (23). Американское физическое общество (APS): 233105. Бибкод : 2007PhRvB..76w3105D . дои : 10.1103/physrevb.76.233105 . ISSN 1098-0121 .
- ^ Бужида, Мохамед; Эскрип-Филиппини, Клод; Маркус, Жак; Шленкер, Клэр (1988). «Сверхпроводящие свойства низкоразмерной литий-молибденовой пурпурной бронзы Li 0,9 Mo 6 O 17 ». Физика C: Сверхпроводимость . 153–155. Эльзевир Б.В.: 465–466. Бибкод : 1988PhyC..153..465B . дои : 10.1016/0921-4534(88)90685-5 . ISSN 0921-4534 .
- ^ дос Сантос, CAM; Уайт, Б.Д.; Ю, И-Куо; Ноймайер, Джей-Джей; Соуза, Дж.А. (28 июня 2007 г.). «Пространственный кроссовер из фиолетовой бронзы Li 0,9 Mo 6 O 17 ». Письма о физических отзывах . 98 (26). Американское физическое общество (APS): 266405. Бибкод : 2007PhRvL..98z6405D . дои : 10.1103/physrevlett.98.266405 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 17678113 .
- ^ Чудзинский, П.; Бербен, М.; Сюй, Сяофэн; Уэйкхэм, Н.; Бернат, Б.; Даффи, К.; Хинлопен, RDH; Сюй, Ю-Тэ; Видманн, С.; Тиннеманс, П.; Цзинь, Жунъин; Гринблатт, М.; Хасси, штат Невада (17 ноября 2023 г.). «Эмерджентная симметрия в низкоразмерном сверхпроводнике на краю Моттнесса» . Наука . 382 (6672): 792–796. дои : 10.1126/science.abp8948 . ISSN 0036-8075 .
- ^ Томе, Сезар (21 ноября 2023 г.). «Пурпурная бронза: от изолятора к сверхпроводнику и обратно» . Картирование невежества . Проверено 2 декабря 2023 г.
- ^ Закон Видемана-Франца: Физики нарушают 150-летние эмпирические законы физики , Грубое нарушение закона Видемана-Франца в квазиодномерном проводнике Уэйкхэм и др. 2011 год