Forskare från USA, Ryssland, och Kina har böjt reglerna för klassisk kemi och syntetiserat en "förbjuden" förening av cerium och väte - CeH ₉ —Som uppvisar supraledning vid ett relativt lågt tryck på 1 miljon atmosfär. Papperet kom ut Naturkommunikation .

Superledare är material som kan leda en elektrisk ström utan något motstånd. De ligger bakom de kraftfulla elektromagneterna i partikelacceleratorer, maglevtåg, MR -skannrar, och kan teoretiskt möjliggöra kraftledningar som levererar elektricitet från A till B utan att förlora de värdefulla kilowattarna till värmeavledning.

Tyvärr, superledarna som är kända idag kan bara arbeta vid mycket låga temperaturer (under -138 grader Celsius), och senaste rekordet (-13 grader Celsius) kräver extremt höga tryck på nästan 2 miljoner atmosfärer. Detta begränsar omfattningen av deras möjliga tillämpningar och gör tillgänglig superledande teknik dyr, eftersom det är utmanande att upprätthålla sina ganska extrema driftförhållanden.

Teoretiska förutsägelser tyder på att väte är en potentiell kandidat för supraledning vid rumstemperatur. Dock, att samla väte till ett supraledande tillstånd skulle ta ett enormt tryck på cirka 5 miljoner atmosfärer; jämför med 3,6 miljoner atmosfärer i jordens centrum. Komprimerad så hårt, det skulle förvandlas till en metall, men det skulle besegra syftet med att arbeta vid standardförhållanden.

"Alternativet till metalliserande väte är syntesen av så kallade" förbjudna "föreningar av något element-lantan, svavel, uran, cerium, etc. - och väte, med fler atomer av den senare än klassisk kemi tillåter. Således normalt, vi kan tala om ett ämne med en formel som CeH ₂ eller CeH ₃ . Men vår ceriumsuperhydrid - CeH ₉ - packar betydligt mer väte, förse det med spännande egenskaper, "förklarade en författare till studien, Professor Artem R. Oganov från Skoltech och Moskva institutet för fysik och teknik (MIPT).

När materialforskare eftersträvar supraledning vid högre temperaturer och lägre tryck, det ena kan komma på bekostnad av det andra. "Medan ceriumsuperhydrid bara blir supraledande när det har svalnat till -200 grader Celsius, detta material är anmärkningsvärt genom att det är stabilt vid ett tryck på 1 miljon atmosfärer - mindre än vad de tidigare syntetiserade svavel- och lantan -superhydriderna kräver. Å andra sidan, uransuperhydrid är stabil vid ett ännu lägre tryck, men behöver betydligt mer kylning, "tillade medförfattaren Ivan Kruglov, en forskare vid MIPT och Dukhov Research Institute of Automatics.

För att syntetisera sin "omöjliga" superledare, forskarna placerade ett mikroskopiskt prov av metallcerium i en diamantstädcell, tillsammans med en kemikalie som avger väte vid uppvärmning - i detta fall med en laser. Ceriumprovet pressades mellan två platta diamanter för att möjliggöra det tryck som behövs för reaktionen. När trycket växte, ceriumhydrider med en successivt större andel väte som bildas i reaktorn:CeH ₂ , CeH ₃ , etc.

Teamet använde sedan röntgendiffraktionsanalys för att urskilja ceriumatomernas positioner och därmed indirekt avslöja strukturen för den nya föreningen. CeH ₉ kristallgitter består av burar med 29 väteatomer i en nära sfärisk formation. Atomerna i varje bur hålls samman av kovalenta bindningar, inte till skillnad från dem i det välbekanta H ₂ vätgasens molekyl, men något svagare. Varje bur tillhandahåller ett hålrum som rymmer en ceriumatom

Tillkomsten av USPEX, utvecklad av Skoltech och MIPT:s Artem Oganov, och andra datoralgoritmer som förutsäger kristallstrukturen för tidigare okända "förbjudna" föreningar har gjort det möjligt för forskare att studera enkelmetallhydriderna i detalj. Nästa steg är att lägga till ett tredje element i blandningen:Trippelföreningarna av väte och två metaller är okänt territorium. Eftersom antalet möjliga kombinationer är stort, forskare överväger att använda AI -algoritmer för att välja de mest lovande kandidaterna.