Kreditera: Angewandte Chemie International Edition
Supraledande ledningar kan transportera elektricitet utan förlust. Detta skulle möjliggöra mindre kraftproduktion, minska både kostnader och växthusgaser. Tyvärr, omfattande kylning står i vägen, eftersom befintliga supraledare bara förlorar sitt motstånd vid extremt låga temperaturer. I journalen Angewandte Chemie , forskare har nu introducerat nya rön om vätesulfid i H 3 S form, och dess deuteriumanalog D 3 S, som blir supraledande vid de relativt höga temperaturerna -77 och -107 °C, respektive.
Detta är till och med sant i jämförelse med de nuvarande föregångarna, kopparhaltig keramik med övergångstemperaturer som börjar vid ca -135 °C. Trots omfattande forskning om svavel/vätesystem, många viktiga frågor kvarstår. Viktigast, supraledande vätesulfid tillverkades tidigare av "normalt" vätesulfid, H 2 S, som omvandlades till ett metallliknande tillstånd med en sammansättning av H 3 S under tryck på cirka 150 GPa (1,5 miljoner bar). Sådana prover var oundvikligen kontaminerade av väteutarmade föroreningar som kan förvränga experimentella resultat. För att undvika detta, forskare under ledning av Vasily S. Minkov har nu tagit fram stökiometrisk H 3 S genom att värma elementärt svavel direkt med ett överskott av väte (H 2 ) med en laser, under press. De producerade också prover gjorda med deuterium (D 2 )—en isotop av väte.
Orsaken till den relativt höga övergångstemperaturen för H 3 S är dess väteatomer, som resonerar med en särskilt hög frekvens inom kristallgittret. Eftersom deuteriumatomer är tyngre än väte, de resonerar långsammare, så lägre övergångstemperaturer förväntades för D 3 S. Teamet vid Max-Planck Institute for Chemistry (Mainz, Tyskland), University of Chicago (USA), och Soreq Nuclear Research Center (Yavne, Israel) använde en mängd olika analytiska metoder för att förfina fasdiagrammen för H 3 S och D 3 S i förhållande till tryck och temperatur, och för att ytterligare belysa deras supraledande egenskaper.
Vid 111 till 132 GPa och 400 till 700 °C, synteserna producerade icke-metalliska, elektriskt isolerande strukturer (Cccm-faser) som inte blir en metall när de kyls eller trycksätts ytterligare. De innehåller H 2 (eller D 2 ) enheter inom kristallstrukturen, som undertrycker supraledning. De önskade supraledande strukturerna, kubiska Im-3m faser, erhölls genom synteser över 150 GPa vid 1200 till 1700 °C. De är metalliska och glänsande med lågt elektriskt motstånd. Vid 148 till 170 GPa, prover av Im-3m-H 3 S hade övergångstemperaturer runt -77 °C. D 3 S-analoger hade en övergångstemperatur på cirka -107 °C vid 157 GPa, vilket är betydligt högre än väntat. En minskning av trycket leder reversibelt till en abrupt minskning av övergångstemperaturen och förlust av metalliska egenskaper. Detta orsakas av romboedriska distorsioner i kristallstrukturen (R3m-fas). Uppvärmning under tryck omvandlar irreversibelt R3m-fasen till Cccm-fasen. R3m är helt klart en metastabil mellanfas som bara inträffar under nedbrytning.
I framtiden, forskarna hoppas hitta andra väterika föreningar som kan omvandlas till metaller utan höga tryck och bli supraledande vid rumstemperatur.
