En ny studie som ger oöverträffade insikter i den kemiska bindningen av antimon kan få en djupgående inverkan på materialforskningen. Samarbetet mellan forskare från Leipzig University, RWTH Aachen University och DESY-synkrotronen i Hamburg kombinerade experimentella mätningar med teoretiska beräkningar.
Resultaten kommer att hjälpa forskare att bättre förstå fasförändringsmaterial och i synnerhet förbättra deras tillämpning inom datalagring och termoelektrik. Forskningen har nu publicerats i Advanced Materials.
I studien kombinerades experimentella mätningar med teoretiska beräkningar, i syfte att analysera karaktären och styrkan hos den kemiska bindningen i antimon. ”Styrkan i en bindning beror direkt på avståndet mellan atomerna”, säger professor Claudia S. Schnohr vid Felix Bloch Institute for Solid State Physics vid Leipzigs universitet, och tillägger att jämförelser med andra material som metaller och halvledare visar att detta avståndsberoende är karakteristiskt för typen av kemisk bindning.
Särskilt anmärkningsvärt är den påvisbart mjuka övergången mellan klassisk kovalent bindning och elektronrik multicenterbindning. Kovalenta bindningar förekommer t.ex. i halvledare som germanium. ”Våra resultat visar att antimon i sin stabila fas uppvisar egenskaper hos båda typerna av bindningar”, säger medförfattaren professor Oliver Oeckler vid Institute of Inorganic Chemistry and Crystallography vid Leipzigs universitet.
Detta har viktiga konsekvenser för förståelsen av fasändringsmaterial, som bland annat används inom datalagring och termoelektrik.
Antimon som modell för fasändringsmaterial
”Vi undersökte antimon som ett elementärt modellsystem för fasförändringsmaterial. Det har en liknande struktur som germaniumtellurid, men består bara av en typ av atom”, säger professor Schnohr. Dessa egenskaper underlättar analys och jämförelse med andra material för att bättre förstå deras bindningsegenskaper.
Resultaten skulle kunna användas för att optimera materialegenskaper. ”I framtiden kommer den experimentella eller teoretiska bestämningen av kraftkonstanter att göra det möjligt att skräddarsy utformningen av nya material”, säger Schnohr.
För mer information: Franziska Zahn et al, Experimental and Theoretical Force Constants as Meaningful Indicator for Interatomic Bonding Characteristics and the Specific Case of Elemental Antimony, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202416320
