Kristallstruktur av thorium decahydride, ThH10. Kredit:Dmitry Semenok et al./Materials Today
En grupp forskare under ledning av Artem Oganov från Skoltech och Moskva institutet för fysik och teknik, och Ivan Troyan från Institute of Crystallography of RAS har lyckats syntetisera toriumdekahydrid (ThH 10 ), ett nytt supraledande material med den mycket höga kritiska temperaturen på 161 kelvin. Resultaten av deras studie, stöds av ett anslag från Russian Science Foundation, publicerades i tidskriften Material idag .
En verkligt anmärkningsvärd egenskap hos kvantmaterial, supraledning är den fullständiga förlusten av elektriskt motstånd under ganska specifika, och ibland mycket hård, betingelser. Trots den enorma potentialen för kvantdatorer och högkänsliga detektorer, tillämpningen av supraledare hindras av det faktum att deras värdefulla egenskaper typiskt visar sig vid mycket låga temperaturer eller extremt höga tryck.
Tills nyligen, listan över supraledare toppades av en kvicksilverinnehållande kuprat, som blir supraledande vid 135 kelvin, eller -138 grader Celsius. Det här året, lantan dekahydrid, LaH 10 , satte ett nytt rekord på -13 C, som är mycket nära rumstemperatur. Tyvärr, att supraledaren kräver tryck som närmar sig 2 miljoner atmosfärer, som knappast kan underhållas i verkliga tillämpningar. Forskare fortsätter därför sin strävan efter en supraledare som behåller sina egenskaper vid standardförhållanden.
Under 2018, Alexander Kvashnin, en forskare vid Oganovs lab, förutspådde ett nytt material - toriumpolyhydrid, eller ThH 10 — med en kritisk temperatur på -32 C, stabil under 1 miljon atmosfärer. I en nyligen genomförd studie, forskare från Skoltech, MIPT, Institute of Crystallography och Lebedev Institute of Physics vid Russian Russian Academy of Sciences (RAS) har framgångsrikt erhållit ThH 10 och studerade dess transportegenskaper och supraledning.
Teamets resultat bekräftade de teoretiska förutsägelserna, bevisar att ThH 10 existerar vid tryck över 0,85 miljoner atmosfärer och uppvisar fantastisk supraledning vid hög temperatur. Forskarna kunde bara bestämma den kritiska temperaturen vid 0,7 miljoner atmosfärer och fann att den var -112 C, vilket överensstämmer med den teoretiska förutsägelsen för det tryckvärdet. Detta gör ThH 10 en av de rekordstora högtemperatursupraledarna.
"Modern teori, och i synnerhet, USPEX-metoden utvecklad av mig själv och mina elever, visade återigen sin fantastiska förutsägelseförmåga, " sa Skoltech och MIPT professor Artem Oganov, som var med och ledde studien. "ThH 10 skjuter gränserna för klassisk kemi och besitter unika egenskaper som förutspåddes teoretiskt och nyligen bekräftats genom experiment. Mest anmärkningsvärt, de experimentella resultaten som erhållits av Ivan Troyans labb är av mycket hög kvalitet."
"Vi upptäckte att supraledning som förutspåtts i teorin existerar vid -112 C och 0,7 miljoner atmosfärer, ", tillade studiens meddirektör Ivan Troyan. "Med tanke på den starka överensstämmelsen mellan teori och experiment, det vore intressant att kontrollera om ThH 10 kommer att visa supraledning vid upp till -30 C, −40 C och lägre tryck som förutspått."
"Toriumhydrid är bara ett av grundämnena i en stor och snabbt växande klass av hydridsupraledare, " sa den första författaren till studien, Skoltech Ph.D. studenten Dmitry Semenok. "Jag tror att under de kommande åren, hydridsupraledning kommer att expandera utanför det kryogena området för att hitta tillämpning i designen av elektroniska enheter."
