Forskere syntetiserer umulig superleder

Forskere fra USA, Rusland, og Kina har bøjet reglerne for klassisk kemi og syntetiseret en "forbudt" forbindelse af cerium og brint - CeH ₉ - som udviser superledning ved et relativt lavt tryk på 1 million atmosfærer. Papiret kom ud Naturkommunikation .

Superledere er materialer, der er i stand til at lede en elektrisk strøm uden nogen som helst modstand. De står bag de kraftfulde elektromagneter i partikelacceleratorer, maglev tog, MR -scannere, og kunne teoretisk muliggøre elledninger, der leverer elektricitet fra A til B uden at miste de dyrebare kilowatt til termisk afledning.

Desværre, de i dag kendte superledere kan kun arbejde ved meget lave temperaturer (under -138 grader Celsius), og seneste rekord (-13 grader Celsius) kræver ekstremt højt tryk på næsten 2 millioner atmosfærer. Dette begrænser omfanget af deres mulige applikationer og gør de tilgængelige superledende teknologier dyre, da det er udfordrende at opretholde deres ret ekstreme driftsforhold.

Teoretiske forudsigelser tyder på, at brint er en potentiel kandidat til stuetemperatur-superledning. Imidlertid, at lokke brint til en superledende tilstand ville tage et enormt tryk på omkring 5 millioner atmosfærer; sammenligne med 3,6 millioner atmosfærer i midten af ​​jorden. Komprimeret så hårdt, det ville blive til et metal, men det ville ødelægge formålet med at operere under standardbetingelser.

"Alternativet til metalliserende brint er syntesen af ​​såkaldte" forbudte "forbindelser af et element-lanthan, svovl, uran, cerium, osv. - og brint, med flere atomer af sidstnævnte end klassisk kemi tillader. Således normalt, vi kan tale om et stof med en formel som CeH ₂ eller CeH ₃ . Men vores ceriumsuperhydrid - CeH ₉ - pakker betydeligt mere brint, giver det spændende egenskaber, "forklarede en forfatter til undersøgelsen, Professor Artem R. Oganov fra Skoltech og Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT).

Når materialeforskere forfølger supraledelse ved højere temperaturer og lavere tryk, det ene kan komme på bekostning af det andet. "Mens ceriumsuperhydrid først bliver superledende, når det er afkølet til -200 grader Celsius, dette materiale er bemærkelsesværdigt, idet det er stabilt ved et tryk på 1 million atmosfærer - mindre end hvad de tidligere syntetiserede svovl- og lanthan -superhydrider kræver. På den anden side, uransuperhydrid er stabilt ved et endnu lavere tryk, men har brug for betydeligt mere køling, "tilføjede medforfatter Ivan Kruglov, en forsker ved MIPT og Dukhov Research Institute of Automatics.

For at syntetisere deres "umulige" superleder, forskerne placerede en mikroskopisk prøve af metalcerium i en diamantamboltcelle, sammen med et kemikalie, der frigiver hydrogen ved opvarmning - i dette tilfælde med en laser. Ceriumprøven blev presset mellem to flade diamanter for at muliggøre det nødvendige tryk til reaktionen. Efterhånden som presset voksede, ceriumhydrider med en gradvist større andel hydrogen, der dannes i reaktoren:CeH ₂ , CeH ₃ , etc.

Teamet brugte derefter røntgendiffraktionsanalyse til at skelne positionerne af ceriumatomerne og dermed indirekte afsløre strukturen af ​​den nye forbindelse. CeH ₉ krystalgitter består af bure med 29 brintatomer i en næsten sfærisk formation. Atomer i hvert bur holdes sammen af ​​kovalente bindinger, ikke ulig dem i det velkendte H ₂ hydrogengasets molekyle, men noget svagere. Hvert bur giver et hulrum, der huser et ceriumatom

Fremkomsten af ​​USPEX, udviklet af Skoltech og MIPT's Artem Oganov, og andre computeralgoritmer, der forudsiger krystalstrukturen i tidligere uhørt "forbudte" forbindelser, har gjort det muligt for forskere at studere enkeltmetalhydriderne i små detaljer. Det næste trin er at tilføje et tredje element i blandingen:De tredobbelte forbindelser af brint og to metaller er ukendt territorium. Da antallet af mulige kombinationer er stort, forskere overvejer at bruge AI -algoritmer til at vælge de mest lovende kandidater.