Nya rön om vätes påverkan på elektroniska strukturen i oordnade metaller

Hur väte påverkar den elektroniska strukturen i material med en kristallstruktur är sedan tidigare välkänt, men hur påverkan sett ut i amorfa material, med en oordnad struktur, har fram tills nu varit okänd.

Att kunskapen om den elektroniska strukturen hos amorfa material saknats, beror på att atomerna sitter huller om buller och därmed inte matematiskt kan beskrivas periodiskt. Därmed blir strukturens koppling till materialegenskaperna svårare att förstå och beräkna än för kristallina material.

I den nya studien har Uppsalaforskarna undersökt hur väte binder till metaller med en oordnad struktur, så kallade metalliska glas. Genom både avancerade teoretiska beräkningar och experiment, med så kallad hårdröntgenfotoelektronspektroskopi med mätinstrumentet HAXPES på Ångströmlaboratoriet, har de både kunnat förutsäga och visa att vätets s-elektron binder till en av metallernas d-elektroner i det amorfa materialet V₈₀Zr₂₀H_x. I materialet bildas en atombindning och det bildas en så kallad s-d-hybridisering mellan de två elektronerna i vätet och metallen, vilket är något som liknar bindningarna i kristallina övergångsmetallhydrider.

– Forskningen banar väg för nya metoder att snabbt och effektivt undersöka väteegenskaper i oordnade material, säger Gunnar Karl Pálsson, universitetslektor vid Institutionen för fysik och astronomi.

I studien har forskarna också mätt genomskinligheten och den elektriska resistansen för materialet och kommit fram till att de elektroniska egenskaper som uppstår från dessa förändrade energitillstånd återspeglas i ett starkt beroende av våglängd och vätekoncentration på både genomskinlighet och resistans.

Därmed är ett av de viktigaste resultaten i arbetet att förändringar i optisk transmission kan utgöra en metod för att fastställa vätets termodynamiska egenskaper i tunna metalliska glas. Dessutom pekar resultaten på att optiska tekniker kan användas för att studera vätekoncentration och termodynamiska egenskaper i oordnade material, såsom metalliska glas.

– Upptäckterna har potential att driva fram nästa generations hållbara energilagringslösningar och vätebaserade teknologier, säger Gunnar Karl Pálsson.