Thorium-superledning:Forskere opdager en ny højleder-superleder

En gruppe videnskabsmænd ledet af Artem Oganov fra Skoltech og Moskva Institut for Fysik og Teknologi, og Ivan Troyan fra Institute of Crystallography of RAS er lykkedes med at syntetisere thorium decahydrid (ThH ₁₀ ), et nyt superledende materiale med den meget høje kritiske temperatur på 161 kelvin. Resultaterne af deres undersøgelse, støttet af et Russian Science Foundation -tilskud, blev offentliggjort i tidsskriftet Materialer i dag .

En virkelig bemærkelsesværdig egenskab ved kvantematerialer, superledning er det fuldstændige tab af elektrisk modstand under ganske specifikke, og nogle gange meget hård, betingelser. På trods af det enorme potentiale for kvantecomputere og højfølsomme detektorer, anvendelsen af ​​superledere hindres af, at deres værdifulde egenskaber typisk manifesterer sig ved meget lave temperaturer eller ekstremt høje tryk.

Indtil for nylig, listen over superledere blev toppet af en kviksølvholdig koprat, som bliver superledende ved 135 kelvin, eller -138 grader Celsius. Dette år, lanthan decahydrid, LaH ₁₀ , satte ny rekord på -13 C, som er meget tæt på stuetemperatur. Desværre, at superleder kræver tryk, der nærmer sig 2 millioner atmosfærer, som næppe kan opretholdes i virkelige applikationer. Forskere fortsætter derfor deres søgen efter en superleder, der bevarer sine egenskaber ved standardbetingelser.

I 2018, Alexander Kvashnin, en forsker ved Oganovs laboratorium, forudsagde et nyt materiale - thoriumpolyhydrid, eller ThH ₁₀ - med en kritisk temperatur på -32 C, stabil under 1 million atmosfærer. I en nylig undersøgelse, forskere fra Skoltech, MIPT, Institut for Krystallografi og Lebedev Institut for Fysik ved Det Russiske Videnskabsakademi (RAS) har med succes opnået ThH ₁₀ og studerede dets transportegenskaber og superledning.

Holdets resultater bekræftede de teoretiske forudsigelser, beviser, at ThH ₁₀ eksisterer ved tryk over 0,85 millioner atmosfærer og udviser fantastisk høj temperatur superledning. Forskerne kunne kun bestemme den kritiske temperatur ved 0,7 millioner atmosfærer og fandt, at den var −112 C, hvilket er i overensstemmelse med den teoretiske forudsigelse for den trykværdi. Dette gør ThH ₁₀ en af ​​de rekordstore høj temperatur superledere.

"Moderne teori, og især USPEX -metoden udviklet af mig selv og mine studerende, endnu en gang viste deres fantastiske forudsigelseskraft, "sagde Skoltech og MIPT -professor Artem Oganov, der ledede undersøgelsen. "ThH ₁₀ skubber grænserne for klassisk kemi og besidder unikke egenskaber, der var forudsagt teoretisk og for nylig bekræftet ved forsøg. Især, de eksperimentelle resultater opnået af Ivan Troyans laboratorium er af meget høj kvalitet. "

"Vi opdagede, at superledning forudsagt i teorien eksisterer ved -112 C og 0,7 millioner atmosfærer, "tilføjede studiedirektør Ivan Troyan." I betragtning af den stærke konsistens mellem teori og eksperiment, det ville være interessant at kontrollere, om ThH ₁₀ vil vise superledning ved op til -30 C, −40 C og lavere tryk som forudsagt. "

"Thoriumhydrid er blot et af elementerne i en stor og hurtigt voksende klasse af hydrid -superledere, "sagde den første forfatter til undersøgelsen, Skoltech Ph.D. studerende Dmitry Semenok. ”Jeg tror, ​​at i de kommende år, hydrid -superledning vil udvide sig ud over det kryogene område for at finde anvendelse i design af elektroniske enheder. "