Superion materiallar eyni zamanda bərk və mayelərə xas olan xassələri təqdim edən materiallar sinfidir. Əslində, bu materiallardakı bir sıra ionlar, materialların altında yatan atom quruluşu bərk kimi bir nizam saxlasa belə, maye kimi hərəkətlilik nümayiş etdirir.

Unikal ion keçiricilik nümunələrinə görə, superion materiallar bərk cisimli batareyaların inkişafı üçün perspektivli ola bilər . Bunlar maye elektrolitlər əvəzinə bərk materiallara əsaslanan elektrolitləri ehtiva edən batareyalardır.

Müxtəlif keçmiş tədqiqatlar superion materialların bərk elektrolitlər kimi potensialını tədqiq etsə də, onların sürətli ion diffuziyasını dəstəkləyən fizika hələ tam başa düşülməyib. Konkret olaraq, bu xüsusiyyətin materialdakı maye kimi hərəkətdən və ya materialdakı adi qəfəs fononlarından (yəni, atom titrəmələri) nəticələndiyi aydın deyil.

Duke Universitetinin və digər institutların tədqiqatçıları bu yaxınlarda perspektivli bərk elektrolit ola biləcək superionik birləşmə Li₆PS₅Cl-də ion hərəkətliliyinin əsasını təşkil edən mexanizmləri araşdıran bir araşdırma apardılar. Onların Nature Physics- də dərc olunmuş tapıntıları , bu materialdakı ion hərəkətinin onun maye kimi dinamikası ilə əlaqəli olduğunu ortaya qoyur, eyni zamanda bərk cisim batareyalarının optimallaşdırılması üçün yeni imkanlar açır.

“Tədqiqat qrupumuz bir müddətdir ki, enerji materiallarında atom dinamikasını anlamaqda maraqlıdır”, – məqalənin baş müəllifi Olivier Delaire Phys.org-a bildirib.

“Biz bir çox sinif materialları arasında bərk cisim fizikasında fonon baxımından təsvir edilən harmonik şəbəkə dinamikasının dərslik modellərindən güclü sapmalar tapdıq. Bərk cisim elektrolit materialları vəziyyətində möhkəm çərçivə axtarırıq. Bu, maye elektrolitlərlə müqayisə oluna bilən mobil ionların (məsələn, litium və ya natrium kimi) çox yüksək diffuziyasına imkan verir, eyni zamanda yaxşı təsir göstərir. kimyəvi və istilik sabitliyi.”

Delaire və onun həmkarlarının bu yaxınlarda apardıqları tədqiqatın əsas məqsədi Li ⁺ kationlarının litium arqirodit Li₆PS₅Cl-nin mürəkkəb kristal çərçivəsində necə bu qədər sürətlə yayıla biləcəyini daha yaxşı başa düşmək idi. Bundan əlavə, tədqiqatçılar güclü anharmonik təsirlərin mövcudluğunu proqnozlaşdırsalar belə, bu ionların dinamikasının kristal materialdakı fononların kontekstində başa düşülə biləcəyini müəyyən etmək istədilər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4203178812&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1738214320&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-01-superionic-compound-liquid-dynamics-solid.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xMTEiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTExIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xMTEiXV0sMF0.&dt=1738214320340&bpp=1&bdt=90&idt=118&shv=r20250128&mjsv=m202501230101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738214263%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738214263%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738214263%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=809786665781&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2697&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95349947%2C95350442%2C95347432&oid=2&pvsid=1045931904247766&tmod=231041337&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=121

“Superionik materiallarda ionların hərəkətlərini araşdırmaq üçün biz DOE-nin Oak Ridge Milli Laboratoriyasında neytron səpilmə təcrübələri və ilk prinsiplər adlandırılan metodlara əsaslanan və maşın öyrənmə üsulları ilə gücləndirilmiş atomistik kompüter simulyasiyaları həyata keçirdik ” dedi Delaire.

Tədqiqatçıların Li₆PS₅Cl-i araşdırmaq üçün istifadə etdikləri əsas texnika olan neytron səpilməsi, atom vibrasiyalarını araşdırmaq və beləliklə, GHz-THz diapazonunda tezliklərlə atom dinamikasını aşkar etmək üçün nəzərdə tutulmuş güclü bir vasitədir. Bu texnikadan istifadə edərək, Delaire və onun həmkarları ionların yerli potensial quyuların ətrafında titrədiyini və ya bunun əvəzinə nümunə materialının strukturunda bir neçə sahə arasında hoppandığını müəyyən edə bildilər.

“Neytron səpilmə kəsiyi yaxşı başa düşüldüyü üçün biz neytron məlumatlarını molekulyar dinamika simulyasiyalarının nəticələri ilə birbaşa müqayisə edə bilərik ” dedi Delaire.

“Dəqiq kvant mexaniki enerjiləri/qüvvələr üzrə surroqat güc sahələrini öyrətmək üçün maşın öyrənməsi ilə son nailiyyətlər eksperimental ayırdetmə qabiliyyətinə birbaşa uyğunlaşma imkanını açır. Bununla belə, bizə kifayət qədər böyük, simulyasiya edilmiş trayektoriyalar lazımdır və buna görə də simulyasiyalarımızı yüksək performanslı kompüterlərdə həyata keçirək. NERSC super hesablama mərkəzi kimi.”

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .Abunə ol

Neytron səpilmə təcrübələrini maşın öyrənməsi ilə yaradılan molekulyar dinamika simulyasiyaları ilə birləşdirərək, tədqiqatçılar Li₆PS₅Cl-də mobil Li ⁺ ionlarının vibrasiya spektrlərinin kristal kimi fazadan maye kimi fazaya necə təkamül etdiyini müşahidə edə bildilər. Ümumilikdə, onların tapıntıları superionik materiallarda sürətli ion hərəkətinin təbiəti ilə bağlı yeni mühüm fikirlər topladı.

“Superionik materiallar olduqca mürəkkəb atom dinamikasına və çox vaxt olduqca mürəkkəb strukturlara malikdir” dedi Delaire. “Superionik diffuzivliyə və yaxşı sabitliyə malik materialların layihələndirilməsi çətin olaraq qalır.

“Bizim metodlarımız və nəticələrimiz diffuziv ionların birləşmiş dinamikasının və ev sahibi kristal çərçivənin vibrasiya rejimlərinin mühüm rolunu müəyyən edir. Bizim kifayət qədər mürəkkəb strukturlarda fononları sistematik şəkildə araşdırmaq və proqnozlaşdırmaq üçün təcrübə və alətlərimiz olduğundan, biz yeni anlayışlar əldə etməyə ümid edirik. materialların statik görünüşündən kənara çıxır.”

Delaire və onun həmkarlarının son işi Li₆PS₅Cl-nin bərk elektrolit kimi vədini vurğulayır. Gələcəkdə o, yeni bərk cisimli batareyaların dizaynını məlumatlandıra, superion materialların optimallaşdırılması üçün yeni imkanlar aça bilər ki, bu da bərk cisim batareyalarının enerji saxlama və enerjiyə çevrilmə səmərəliliyini yaxşılaşdırmağa kömək edə bilər. Superion diffuzivliyi olan materialların dizaynı, yanacaq hüceyrələri və neyromorfik hesablama aparatları da daxil olmaqla, bərk cisim batareyalarından kənarda olan digər cihazların inkişafı haqqında məlumat verə bilər.

“Biz tədqiq etdiyimiz superionik material kompozisiyalarının çeşidini genişləndiririk. Biz yeni əməkdaşlıqlara çox açığıq”, – Delaire əlavə edib.

“Neytron alətlərinin gələcək inkişafı, məsələn, in-situ və ya çox kiçik nümunələr və bir çox kompozisiyaları ekranlaşdırmaq üçün daha yüksək ötürmə qabiliyyəti ilə superionik dinamikanı araşdırmaq qabiliyyətimizi kəskin surətdə sürətləndirə bilər. Biz indi elmi iş prosesimizə rəhbərlik etmək üçün süni intellekt və maşın öyrənməsindən istifadə edirik. və məlumatların təhlili və biz kompüter simulyasiyalarının neytron və ya rentgen səpilməsi ilə sonrakı inteqrasiyasında böyük potensial görürük. təcrübələr.”

Daha çox məlumat: Jingxuan Ding və digərləri, bərk vəziyyətdə olan litium elektrolitində maye kimi dinamika, Təbiət Fizikası (2025). DOI: 10.1038/s41567-024-02707-6 .

Jurnal məlumatı: Təbiət Fizikası 

© 2025 Science X Network