I samarbete med forskare från Jilin University i Kina upptäckte en grupp Skoltech-forskare under ledning av professor Artem R. Oganov en unik förening — strontiumhydrid SrH₂₂ . Den har den högsta vätehalten hittills känt och är stabil vid tryck på 80–140 gigapascal (cirka en miljon atmosfärer). Den erhållna föreningen har mobila väten som kan transportera laddning.

"Jakten" på polyhydrider – föreningar med hög vätehalt – startade 2015, när en grupp forskare från Tyskland experimentellt bevisade att svavelhydrid H₂ vid ett tryck på 150 gigapascal S omvandlas till en ny förening — svaveltrihydrid H₃ S, som visade sig vara en högtemperatursupraledare, som tappar elektriskt motstånd vid en då rekordtemperatur på 203 Kelvin (-70 grader Celsius). Detta var en ganska betydande temperaturökning jämfört med tidigare kända supraledare.

"Det slutliga målet med att studera dessa "märkliga" föreningar är att bestämma de som är supraledande vid nära rumstemperatur och åtminstone högt, eller ännu bättre, lågt tryck. Några av de bästa högtemperatursupraledare som är kända hittills, som YH ₆ och (La,Y)H₁₀ , har studerats i vårt laboratorium med USPEX-algoritmen", säger Skoltech-professorn Artem R. Oganov, skaparen av en unik algoritm för att förutsäga kristallstrukturer. För alla kombinationer av kemiska element avgör den vad deras föreningar är stabila och vilka strukturer de bildar.

I det nya arbetet vände sig forskarna till strontium för att se om det kan bilda stabila polyhydrider. USPEX-algoritmen förutspådde teoretiskt att den stabila föreningen SrH₂₂ bör finnas vid tryck på 80–140 GPa. En forskargrupp av professorerna Xiaoli Huang och Tian Cui från Jilin University genomförde ett experiment på syntesen av strontiumpolyhydrider, dopning av molekylärt väte med strontium, vilket innebär att man tillsätter en liten mängd av denna metall som en förorening. För att bekräfta bildningen av stabil strontiumpolyhydrid i experimentet undersöktes dess kristallgitter genom röntgendiffraktionsanalys. Det resulterande mönstret motsvarade helt kristallstrukturen hos SrH₂₂ .

"Experiment och teori kompletterar varandra. Det experimentella tillvägagångssättet baserat på röntgendiffraktion kan inte bestämma det rumsliga arrangemanget av väteatomer. Men teorin kan förutsäga inte bara deras plats, utan också dynamiken, laddningarna och transportegenskaperna. I vår studie har vi fann att strontiumatomer är ordnade på ett mycket ordnat sätt, medan väteatomer "smetas ut" i rymden, ständigt rör sig och i allmänhet fungerar mer som vätska", säger Skoltech Ph.D. student, artikelns första författare, Dmitrii Semenok.

Den experimentellt bekräftade strontiumpolyhydriden SrH₂₂ , den hittills väterikaste föreningen, består av H₂ molekyler fördelade runt ett välorganiserat strontiumundergitter. Dessutom gör den höga rörligheten för väte SrH₂₂ en bra jonledare, vilket öppnar upp för möjligheten att använda den för elektrokemiska omvandlingar vid högt tryck. Detta kommer att göra det möjligt att erhålla nya värdefulla polyhydrider som inte kan syntetiseras direkt från metaller och väte. En annan möjlig tillämpning av denna upptäckt är utformningen av nya föreningar för vätebatterier.

"Man kan tänka sig att vi har en låda med legodelar, vi gräver i dem och försöker ta reda på vilka delar som passar våra behov. Vi fick reda på att elementen i den andra och tredje gruppen i det periodiska systemet är mest gynnsamma för bildning av högtemperatursupraledare. Strontium är en av dem, men nu ser vi att det i sin rena form inte är riktigt lämpligt. Ändå är dess hydrider mycket intressanta ur kemisk synvinkel, och om de är dopade med andra metaller med fler elektroner —yttrium, zirkonium, titan — det kan vara möjligt att erhålla supraledning vid hög temperatur. Så vi studerade motsvarande 'Legobit' och insåg att den inte passar av sig själv, men om den kombineras med något annat kan det fungera." Oganov förklarar. + Utforska vidare

Forskare hittar en regel för att förutsäga nya supraledande metallhydrider