图片展示了尖晶石钛酸锂晶体结构的三重对称性。图片来源：Taro Hitosugi（Nature Communications）

　　日本东北大学、东京工业大学和东京大学的研究人员采用了先进的扫描方法表征了钛酸锂（LiTi2O4）先前未知性质的表面。
　　LiTi2O4是尖晶石氧化物超导体的唯一已知实例。这使得LiTi2O4对于那些研究超导原理的人来说非常有意义，因为其具有在超导材料中最高的超导转变温度，高达13.7K。
　　尽管人们对LiTi2O4整体结构已经研究了几十年，但由于制备合适的LiTi2O4表面进行进一步分析十分困难，研究学者们对LiTi2O4的表面仍知之甚少。如今，东京大学的Taro Hitosugi和日本东北大学高级材料研究所的研究团队通过实验和理论方法的结合，获得了超薄LiTi2O4薄膜具有超导性的直观证据，这是表面科学的里程碑式发现。
　　该研究发表在《自然通讯》的一篇论文中，以检测到意想不到的能量“间隙”为开始，暗示了表面存在超导性。该团队的调查还显示，表面超导性与体积结构内部的状态不同。
　　研究人员使用了两种实验方法来将这一发现直观可视化：（1）脉冲激光沉积（PLD），这是一种在真空条件下生产高质量LiTi2O4膜的技术；（2）低温扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS），该设备用于对表面进行精确成像。
　　Hitosugi说：“原子的首次成像令人惊讶，因为人们通常很难观察到尖晶石氧化物的原子。我们想知道尖晶石氧化物表面上的原子的准确排列顺序，为了做到这一点，我们将理论序列和实验结果进行了比较。”
　　为了深入了解原子的排列方式，研究人员首先进行了理论计算，他们考虑了可以从LiTi2O4体积切割出的四种类型表面。通过比较这四种类型，研究人员发现了一个称为TiLi2终止表面与实验观察结果相匹配。
　　Hitosugi解释说，“知道原子的准确排列是最重要的事情，因为这将有助于提高我们对LiTi2O4表面超导性的理解，也有助于揭示锂离子电池的工作机理。因为锂离子在电极表面之间迁移，因此认识电极表面是设计容量高、寿命长、充电快的下一代锂离子电池的重要一步。”
　　现在，Hitosugi计划与一位正在研究固态电解质的东京理工大学的同事合作，特别是为了增进对当今电池研究中最热门的话题之一——电池电解质界面（EEI）的理解。Hitosugi 说道：“许多人对固态电池，也就是锂离子电池的未来感兴趣，既然我们知道这种材料的表面原子排列，那么我们也就可以开始模拟固态锂电池的运行。”

　　来源：materialstoday，材料科技在线