Một loạt các tính chất vật liệu có thể được thực hiện bằng công nghệ anion hỗn hợp trong đó một phần oxy trong chất rắn oxit được thay thế bằng một nguyên tố khác như flo.
Các nhà nghiên cứu hiện đã phát triển một phương pháp liên ngành để chứng minh cơ chế phức tạp của trật tự ion trong các cấu trúc hỗn hợp phức tạp.
>> Tham khảo: Các nhà nghiên cứu phát hiện ra lỗ hổng bảo mật cho phép kẻ tấn công sử dụng WiFi để nhìn xuyên tường.
Sử dụng lý thuyết hàm mật độ và cộng hưởng từ hạt nhân, các nhà nghiên cứu đã xác định các vị trí chiếm ưu thế về mặt năng lượng của các nguyên tử flo trong chì titan oxyflorua.
Vật liệu thể rắn được sử dụng rộng rãi trong chất bán dẫn, phốt pho và pin, và đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại.
Việc thay thế các nguyên tố trong các vật liệu composite phức tạp này là một kỹ thuật phổ biến để đạt được các đặc tính vật liệu mong muốn. Đặc biệt, các tính chất khác nhau có thể đạt được bằng cách thay thế một phần oxy trong chất rắn oxit bằng một nguyên tố khác như flo (công nghệ anion tổng hợp).
Tuy nhiên, để điều chỉnh các thuộc tính vật liệu bằng cách thay thế, điều quan trọng là phải biết các vị trí trong vật liệu nơi phần tử được thay thế.
>> Tham khảo: Pin mặt trời siêu mỏng hứa hẹn cải thiện hiệu suất vệ tinh.
Nếu vị trí thay thế ở gần vị trí phản ứng cao trong chất rắn, nó sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng phát triển một tính chất vật liệu nhất định.
Để đạt được mục tiêu này, một nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Ryo Maezono từ Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Nhật Bản đứng đầu đã phát triển một công cụ phân tích để điều tra thứ tự của flo trong chì titan oxyflorua, một vật liệu composite phức tạp.
Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên Dalton Transactions vào ngày 23 tháng 9 năm 2022, các nhà nghiên cứu báo cáo đang phát triển một phương pháp liên ngành để làm rõ vị trí của các nguyên tử thay thế trong vật liệu composite phức tạp.
Để khắc phục hạn chế của việc xác định các vị trí thay thế chỉ bằng các kỹ thuật thử nghiệm, nhóm đã sử dụng các mô phỏng điện toán tiên tiến.
>> Tham khảo: Nghiên cứu phát hiện ra việc chặt phá rừng già của Thụy Điển trên diện rộng và đang diễn ra.
Như Giáo sư Maezono giải thích, “Chúng tôi đã thiết lập một phương pháp để làm rõ vị trí của các nguyên tử thay thế trong vật liệu rắn, không thể làm rõ chỉ bằng thí nghiệm, bằng mô phỏng máy tính.”
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một mô phỏng gọi là tính toán nguyên tắc đầu tiên (lý thuyết chức năng mật độ) để phân tích kết quả thí nghiệm và xác định vị trí thay thế nguyên tố trong vật liệu anion tổng hợp.
Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc xác định các vị trí thay thế nguyên tố cho các vật liệu anion hỗn hợp trong đó một số nguyên tử oxy được thay thế bằng flo.
Mô phỏng được thực hiện bằng cách sử dụng các phép tính nguyên tắc đầu tiên cho mô hình cấu trúc tinh thể với các vị trí thay thế nguyên tố khác nhau và mỗi giá trị năng lượng được so sánh. Kết quả cho thấy vị trí thay thế mang lại giá trị năng lượng thấp nhất là vị trí có khả năng thay thế.
Các mô phỏng tiếp theo được thực hiện bằng cách sử dụng mô hình cấu trúc tinh thể với các vị trí thay thế được xác định theo cách này và thu được kết quả phù hợp với dữ liệu quan sát được trong các thí nghiệm khác nhau.
Phân tích này cho thấy rằng trong titan oxyflorua chì, các nguyên tử flo chiếm chủ yếu hai trong số sáu vị trí không tương đương có sẵn theo tỷ lệ 73:27. tỷ lệ nghề nghiệp quan sát thực nghiệm. Họ giải thích thêm rằng các electron hóa trị của nguyên tử chì có khả năng xác định các vị trí chiếm đa số và thiểu số của flo.
>> Tham khảo: Tạo ra một ‘điểm tựa’ mới cho liệu pháp RNA, liệu pháp tế bào và chẩn đoán.
Sử dụng các phương tiện siêu máy tính, giờ đây có thể mô phỏng nhanh hơn để xác định vị trí thay thế nào có ít sai lệch nhất so với thử nghiệm.
Cách tiếp cận này bổ sung cho các quan sát thử nghiệm để hiểu đầy đủ cơ chế sắp xếp anion trong các vật liệu phức tạp. Kết quả này cho phép cung cấp một công cụ phân tích mạnh mẽ trong lĩnh vực phát triển vật liệu, trong đó sự thay thế cấp độ nguyên tử được thực hiện trên các vật liệu rắn và các đặc tính của chúng được điều chỉnh.
Giáo sư Maezono kết luận: “Phương pháp được phát triển trong công trình này có thể đẩy nhanh quá trình phát triển các vật liệu anion hỗn hợp.
Kỹ thuật anion hỗn hợp có thể tạo ra các vật liệu tốt hơn so với các vật liệu anion đơn sắc thông thường trong ngành công nghiệp điện tử spin bán dẫn.”
