Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Klatrasiler

Figuren viser en forsimplet skitse af opstillingen til at syntetisere klatrasiler under høje temperaturer og tryk i et såkaldt Walker-modul. Walker-modulet består af otte kuber af hårdmetal, hvor et hjørne er trunkeret. Placeres disse kuber helt tæt sammen, vil de trunkerede hjørner danne et hulrum med form som et oktaeder. Inde i dette hulrum placeres en prøve, som pakkes ind i et isolerende materiale, og en "ovn" bestående af grafit, som kan varmes op vha. en elektrisk strøm. Ved at trykke de otte kuber sammen på snedig vis, kan man danne et meget højt tryk i oktaederet i midten. Strukturen af klatrasiler, som er skitseret i midten, består af et netværk af atomer, som danner nogle hulrum. I disse hulrum kan man placere andre atomer, kaldet gæsteatomer, angivet med gule kugler. under meget højt tryk vil disse hulrum være lidt mindre end under atmosfærisk tryk, og det er derfor muligt at syntetisere klatrasiler med gæsteatomer, som er "for små" under normalt tryk.

Termoelektriske klatrasiler har længe været et centralt forskningstema for CTEC-partnerne, hvor Chalmers f.eks. har rapporteret en rekordhøj ”figure of merit”, zT, på 1,6 for Ba8Ga16Ge30. Klatrasilerne udviser ekstraordinært beskedne varmeledningsegenskaber, pga. en betragtelig uorden og ”raslen” af gæste-atomer.

AU installerede i 2013 Danmarks første multi-ambolt højtrykspresse, der tillader syntese under ekstreme betingelser – op til 25 GPa og 2000 °C. CTEC bruger denne presse til syntese af klatrasler (indeholdende gæsteatomer) som ikke kan fremstilles med konventionelle metoder. Centeret fokuserer på klatrasiler med meget små gæsteatomer som besidder ekstrem uorden. Den elektroniske båndstruktur ændres og tilpasses ved at syntetisere klatrasiler med lantanid-gæsteioner, da disse har tendens til at hybridisere med de elektroniske tilstande nær Fermi-niveauet, hvilket øger Seebeck-koefficienten markant.