Forskere opdager nye yttrium-hydrogen-forbindelser med implikationer for højtryks-superledning

Forskere ved University of Bayreuth har gjort et betydeligt videnskabeligt gennembrud ved at identificere nye yttrium-hydrogen-forbindelser, en opdagelse, der har alvorlige konsekvenser for forskning i højtrykssuperledning. Højtrykssuperledning refererer til materialers egenskaber til at blive superledende, hvilket betyder, at de leder elektrisk strøm uden modstand, når de udsættes for visse trykforhold. Undersøgelsen er publiceret i Science Advances .

Adskillige sjældne jordarters superhydrider er kendt for at blive rapporteret at være superledere nær stuetemperatur ved høje tryk. Superledende materialer tillader strøm at flyde uden modstand. I de fleste tilfælde er de produkter af kemiske reaktioner realiseret i diamantamboltceller ved ekstreme tryk og temperaturer.

Deres fase og kemiske sammensætning er ofte ukendte, hvilket gør påstande om superledning ikke helt berettigede, da den målbare kritiske temperatur (T_C ), som er den temperatur, under hvilken materialets elektriske resistivitet falder til nul, afhænger af mange faktorer, herunder prøvens faserenhed og hydrogenindhold i hydrider. Derfor er eksistensen af ​​højtryks-superledere nær stuetemperatur stadig under kontrol.

Brugen af ​​den moderne metode til såkaldt synkrotron-enkrystal-røntgendiffraktion fra flerfasede mikrokrystallinske prøver, udviklet i gruppen af ​​prof. Natalia Dubrovinskaia og prof. Leonid Dubrovinsky ved University of Bayreuth, gjorde det muligt at optrevle den kemiske kompleksitet og rigdommen af ​​yttrium-hydrogen-systemet under højtryks-højtemperaturforhold.

Ved tryk op til omkring 170 GPa, Ph.D. studerende Alena Aslandukova og medforfattere identificerede fem nye yttriumhydrider med unikke strukturer. Disse forbindelser blev syntetiseret i diamantamboltceller gennem laseropvarmning af Y-H-prøver (yttrium med hydrogenrig ammoniakboran eller paraffinolie) op til 3.500 K.

Enkeltkrystal røntgendiffraktion giver værdifuld indsigt i arrangementet af yttriumatomer i krystalstrukturerne i disse nyopdagede faser. Hydrogenindholdet blev estimeret ved hjælp af empiriske relationer og ab initio-beregninger, der afslørede den specifikke sammensætning for hver forbindelse, hvilket pegede mod Y-H-systemets rigdom og mangfoldigheden af ​​yttriumhydrider under højtryksforhold.

"Undersøgelsen understreger kompleksiteten af ​​yttrium-brint-systemet og dets flerfasede karakter ved højt tryk," forklarer Aslandukova. "Resultaterne giver et væsentligt bidrag til vores forståelse af materialers adfærd under ekstreme forhold og arten af ​​potentielt superledende hydrider."

Flere oplysninger: Alena Aslandukova et al., Diverse højtrykskemi i Y-NH 3 BH 3 og Y-paraffinoliesystemer, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl5416

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Bayreuth University