https://chemrxiv.org/engage/chemrxiv/article-details/64f0abf7dd1a73847fe540a6



원자 조합론적 접근법을 이용한 열역학적으로 유리한 Pb_{10-x}Cu_x(PO4)6O의 결정 구조 생성




상온과 상압에서 물질의 매혹적인 양자 상태인 초전도는 양자 감지 및 양자 컴퓨팅 장치와 같은 많은 유망한 차세대 기술 응용 분야를 찾을 수 있습니다. 물질의 구조적 변형을 포함한 여러 첨단 설계 기술을 통해 초전도 전이 온도(Tc)를 향상시키는 능력은 고체 물리학 및 재료 과학 분야에서 오랫동안 추구해 온 목표였습니다. 최근에는 Cu로 치환된 납 인회석인 Pb_{10-x}Cu_x(PO4)6O(x~0.9-1.0)에 대해 잠재적인 상온 대기압 초전도를 실험적으로 실현하는 것이 보고되었습니다. 그럼에도 불구하고 중요한 질문들, 특히 LK-99 구조에서 납(Pb) 부위에 치환된 Cu의 배열이 어떻게 시스템의 에너지를 최소화하고 전자 구조에 영향을 미칠 수 있는지에 대한 이해는 여전히 해결되지 않은 채로 남아 있습니다. 우리는 10% Cu 치환에서 Pb_{10-x}Cu_x(PO4)6O에서 가능한 Cu의 구성을 열거하고 선택한 구성의 구조 및 전자 특성에 대한 허바드 U 보정(DFT+U) 계산을 통해 밀도 기능 이론을 수행하여 이러한 관련 질문을 해결합니다. (1x1x2) 슈퍼셀의 경우, 가장 에너지적으로 유리한 치환 부위는 가장 가까운 Pb(1)과 Pb(2)임을 발견했습니다. 브릴루인 영역 중심에서 계산된 부분적으로 채워진 전자 상태는 Cu 원자 주위에 공간적으로 국한되어 있습니다. 단일 Cu 치환의 저에너지 구성의 경우, 하나의 전자 밴드가 0.06 eV의 좁은 대역폭으로 매우 평평하다는 것을 알 수 있습니다. 하나의 Cu 치환이 있는 고에너지 구성에서 관찰되는 Γ 및 A 고대칭 지점에서의 밴드 변성은 두 개의 Cu 원자가 왜곡된 LK-99 구조에서 국소 이합체를 형성할 때 사라집니다.