博科园:本文为物理/资料科学类

林克平大学理论物理学家们现已开宣布一种核算办法来核算动态无序固体资料从一种相变到另一种相变的进程,这是一种可用于许多环保运用的资料。固体资料实际上并不像看上去那么巩固。一般状况下,每个原子都在资料的某个方位邻近振荡。大多数旨在描绘固体资料的理论模型都是建立在原子坚持其方位并且不远离它们的假定之上。但关于某些资料,如具有很高离子导电性的资料,以及那些不仅是原子并且是分子的资料,状况就不相同了。林克平大学理论物理学博士生约翰•克拉布林通知咱们,几种有出路的太阳能电池资料便是这种钙钛矿。

博科园-科学科普:钙钛矿由其晶体结构决议,有不同的方式,成分可所以原子也可所以分子。分子中的原子会振荡,但整个分子也会旋转,这意味着原子的移动起伏比核算中一般假定的要大得多。表现出这种非典型行为的资料被称为“动态无序固体资料”。动态无序固体资料在环境灵敏范畴具有巨大的运用潜力。例如,杰出的离子导体资料在电池、燃料电池和热电运用固体电解质的开发中具有宽广的运用远景。但是,资料的性质在理论上很难核算,研讨人员常常被逼运用耗时的试验。Jonas Klarbring开发了一种核算办法,可以精确地描绘当这些类型的物质被加热并阅历相变时会发作什么。

约翰·克拉布林和他的导师谢尔盖·西马克教授在《物理谈论快报》上宣布了这一研讨结果。他们研讨了氧化铋,Bi2O3,一种被认为是很好的离子导体的资料。这种氧化物是一切已知固体资料中最好的氧化物离子导体,它的电流由氧化物离子传导。试验标明,它在低温下具有较低的导电性,但当加热时,它会阅历一个相变,变成一个动态无序的高离子导电性相。这篇宣布在《物理谈论快报》上的论文描绘了咱们怎么可以初次从理论上描绘氧化铋的相变,并核算出它发作时的温度。

这为燃料电池中电解质的开展供给了重要理论基础,在燃料电池中精确地知道相变发作时间是很重要的。从一个有序的阶段开端,这个阶段用传统办法描绘得很好。然后运用一种被称为“热力学积分”的技能,用它来处理无序运动。在国家超级核算机中心进行的一系列量子力学核算协助下,有序相与无序相耦合,理论核算与试验资料的功能完全一致。研讨人员现在方案在其他风趣的资料上测验这种办法,比方钙钛矿,以及具有高锂离子电导率的资料。后者对高功能电池的开展很有爱好。一旦咱们对这些资料有了深化的理论了解,它就提高了为特定运用优化它们的可能性!

博科园-科学科普|研讨/来自: 林克平大学

参阅期刊文献:《物理谈论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.225702

博科园-传递世界科学之美

推荐阅读