Undersøgelse sonderer uudforsket kombination af tre kemiske elementer til superledning

Skoltech-forskere og deres kolleger fra MIPT og Kinas Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research har ved beregningen udforsket stabiliteten af ​​de bizarre forbindelser af brint, lanthan og magnesium, der findes ved meget høje tryk. Ud over at matche de forskellige kombinationer af tre elementer til de betingelser, hvorunder de er stabile, opdagede holdet fem helt nye forbindelser af brint og enten kun magnesium eller lanthan.

Udgivet i Materials Today Physics , er undersøgelsen en del af den igangværende søgen efter superledere ved stuetemperatur, hvis opdagelse ville have enorme konsekvenser for strømteknik, transport, computere og mere.

"I det tidligere uudforskede system af brint, lanthan og magnesium finder vi LaMg₃ H₂₈ at være den 'varmeste' superleder. Den mister elektrisk modstand under –109°C ved omkring 2 millioner atmosfærer – ikke en rekord, men heller ikke dårligt,« kommenterede undersøgelsens hovedforsker, professor Artem R. Oganov fra Skoltech.

"Det er dog vigtigt, at vi også giver en ny bekræftelse af gyldigheden af ​​en empirisk regel, der styrer søgningen efter højere temperatur superledere. Dette er papirets centrale konstatering sammen med de fem nye binære forbindelser, herunder LaH₁₃ og MgH₃₈ . Det er meget eksotiske kompositioner, som der endnu ikke er foreslået en teoretisk forklaring på."

"Desuden foreslog vi en ny tilgang til undersøgelse af meget store kemiske rum og demonstrerede dens effektivitet for La-Mg-H-systemet," sagde Ivan Kruglov, som udførte denne undersøgelse ved MIPT.

Hvad angår den empiriske regel, som undersøgelsen bekræfter, har den at gøre med overførslen af ​​elektroner fra metalatomerne til brintatomerne. Det menes, at det, der fremmer superledning, er de talrige relativt svage kovalente bindinger mellem mange brintatomer, forbundet i et 3D-netværk.

Et brintatom kan dog fange op til en hel elektron fra lanthan eller magnesium og gøre det til en negativ hydridion, der ikke søger yderligere kemiske bindinger. Alternativt, hvis brint ikke får nogen elektroner fra metalatomerne, opfylder det det behov ved at danne H₂ molekyler med andre brintatomer.

"Det viser sig, at et gennemsnit på en tredjedel af en elektron pr. brintatom er det magiske tal," sagde Oganov. "Jo tættere på det, jo bedre for superledning. Dette har været bemærket i nogen tid, og vores undersøgelse leverer endnu en bekræftelse, denne gang på et ret komplekst kemisk system."

Flere oplysninger: Grigoriy M. Shutov et al., Ternære superledende hydrider i La–Mg–H-systemet, Materials Today Physics (2023). DOI:10.1016/j.mtphys.2023.101300

Leveret af Skolkovo Institute of Science and Technology