Superionisk forbindelse med det højeste brintindhold er succesfuldt forudsagt og udforsket

I samarbejde med forskere fra Jilin University i Kina opdagede en gruppe Skoltech-forskere ledet af professor Artem R. Oganov en unik forbindelse - strontiumhydrid SrH₂₂ . Det har det hidtil højeste kendte hydrogenindhold og er stabilt ved tryk på 80-140 gigapascal (ca. en million atmosfærer). Den opnåede forbindelse har mobile hydrogener, der er i stand til at transportere ladning.

"Jagten" på polyhydrider - forbindelser med højt hydrogenindhold - startede i 2015, da en gruppe forskere fra Tyskland eksperimentelt beviste, at svovlhydrid H₂ ved et tryk på 150 gigapascal S omdannes til en ny forbindelse - svovltrihydrid H₃ S, som viste sig at være en højtemperatursuperleder, der mistede elektrisk modstand ved en dengang rekordtemperatur på 203 Kelvin (-70 grader Celsius). Dette var en ret signifikant stigning i temperaturen sammenlignet med tidligere kendte superledere.

"Det ultimative mål med at studere disse 'mærkelige' forbindelser er at bestemme dem, der er superledende ved nær stuetemperatur og i det mindste højt, eller endnu bedre, lavt tryk. Nogle af de bedste højtemperatur-superledere kendt til dato, såsom YH ₆ og (La,Y)H₁₀ , er blevet undersøgt i vores laboratorium ved hjælp af USPEX-algoritmen," siger Skoltech-professor Artem R. Oganov, skaberen af ​​en enestående algoritme til forudsigelse af krystalstrukturer. For enhver kombination af kemiske elementer bestemmer den, hvad deres forbindelser er stabile, og hvilke strukturer de danner.

I det nye arbejde henvendte forskerne sig til strontium for at se, om det kan danne stabile polyhydrider. USPEX-algoritmen forudsagde teoretisk, at den stabile forbindelse SrH₂₂ bør eksistere ved tryk på 80-140 GPa. En forskergruppe af professorer Xiaoli Huang og Tian Cui fra Jilin University udførte et eksperiment om syntesen af ​​strontiumpolyhydrider, doping af molekylært brint med strontium, hvilket betyder tilsætning af en lille mængde af dette metal som en urenhed. For at bekræfte dannelsen af ​​stabilt strontiumpolyhydrid i eksperimentet blev dets krystalgitter undersøgt ved røntgendiffraktionsanalyse. Det resulterende mønster svarede fuldt ud til krystalstrukturen af ​​SrH₂₂ .

"Eksperiment og teori supplerer hinanden. Den eksperimentelle tilgang baseret på røntgendiffraktion kan ikke bestemme det rumlige arrangement af brintatomer. Men teori kan forudsige ikke kun deres placering, men også dynamikken, ladningerne og transportegenskaberne. I vores undersøgelse har vi fundet ud af, at strontiumatomer er arrangeret på en meget ordnet måde, mens brintatomer er 'smurt ud' i rummet, konstant bevæger sig og i det hele taget fungerer mere som væske,« siger Skoltech Ph.D. studerende, artiklens første forfatter, Dmitrii Semenok.

Det eksperimentelt bekræftede strontiumpolyhydrid SrH₂₂ , den hydrogenrigeste forbindelse, der er kendt til dato, består af H₂ molekyler fordelt omkring et højt organiseret strontium-undergitter. Desuden gør den høje mobilitet af brint SrH₂₂ en god ionleder, der åbner mulighed for at bruge den til elektrokemiske transformationer ved højt tryk. Dette vil gøre det muligt at opnå nye værdifulde polyhydrider, som ikke kan syntetiseres direkte fra metaller og brint. En anden mulig anvendelse af denne opdagelse er designet af nye forbindelser til brintbatterier.

"Man kan forestille sig, at vi har en kasse med Lego-dele, vi graver i dem og forsøger at finde ud af, hvilke dele der passer til vores behov. Vi fandt ud af, at grundstofferne i den anden og tredje gruppe af det periodiske system er mest gunstige for dannelse af højtemperatur-superledere. Strontium er en af ​​dem, men nu ser vi, at det i sin rene form ikke er helt egnet. Alligevel er dets hydrider meget interessante fra et kemisk synspunkt, og hvis de er dopet med andre metaller med flere elektroner -yttrium, zirconium, titanium - det kan være muligt at opnå superledning ved høj temperatur. Så vi studerede det tilsvarende 'Lego-stykke' og indså, at det ikke passer af sig selv, men hvis det kombineres med noget andet, kan det fungere." Oganov forklarer. + Udforsk yderligere

Forskere finder en regel til at forudsige nye superledende metalhydrider