东京大学工业科学研究所的研究人员结合了多种技术，精确定位了钛氢化物纳米薄膜中的氢原子。这项突破对于超导性和其他材料属性具有重大意义。
氢，作为最轻最小的原子，通过渗透材料并改变其属性，如超导性和金属-绝缘体转变，对材料产生重大影响。日本研究人员现在开发了一种方法，可以更容易地在纳米薄膜中定位氢原子。
在《自然通讯》上发表的最新研究中，东京大学工业科学研究所的科学家们介绍了一种精确定位纳米薄膜中氢原子的技术。由于尺寸微小，氢原子可以迁移到其他材料的结构中。例如，钛吸收氢形成钛氢化物，使其在氢存储等应用中具有价值。
精确了解氢原子的数量和位置对于调整材料属性至关重要。然而，由于常见的技术（如电子探针和X射线）通常缺乏对如此小原子的灵敏度，检测氢原子仍然困难。研究人员结合了核反应分析（NRA）和离子通道技术，生成了钛氢化物纳米薄膜的二维角映射。
“我们仔细观察了TiH1.47纳米薄膜，”研究的主要作者Takahiro Ozawa解释说。“了解纳米薄膜是有用的，因为许多与氢相关的应用涉及表面和亚表面反应。我们能够精确定位纳米薄膜中的氢和氘原子。”
所有氘原子——氢的同位素，质量是氢的两倍——都位于钛晶体中被称为四面体位置的地方。然而，11%的氢原子位于被称为八面体的位置。计算显示，这些位置的多样性降低了对称性，使晶格更稳定。由于氘原子由于核量子效应没有占据八面体位置，控制氢同位素的比例可以作为一种手段，根据预期的应用调整纳米薄膜的稳定性和属性。
“能够区分两种同位素在氢化物中的位置揭示了控制的机会，”资深作者Katsuyuki Fukutani说。“这显然将对产生特定的氢诱导现象具有重要的实际应用。” 预计对钛氢化物纳米薄膜的增强理解也将有助于氢存储、固体电解质和异质催化应用，因为我们正朝着实用和安全的绿色解决方案迈进。
参考资料：DOI： 10.1038/s41467-024-53838-6