Förra sommaren, en ny tid för supraledning vid hög temperatur utropades-nickelåldern. Det upptäcktes att det finns lovande supraledare i en speciell klass av material, de så kallade nickelaterna, som kan leda elektrisk ström utan motstånd även vid höga temperaturer.

Dock, det blev snart uppenbart att dessa ursprungligen spektakulära resultat från Stanford inte kunde reproduceras av andra forskargrupper. TU Wien (Wien) har nu funnit orsaken till detta:I vissa nickelater införlivas ytterligare väteatomer i materialstrukturen. Detta förändrar materialets elektriska beteende fullständigt. Vid tillverkningen av de nya supraledarna, denna effekt måste nu beaktas.

Sökandet efter högtemperatur supraledare

Vissa material är endast supraledande nära absolut nollpunkt - sådana superledare är inte lämpliga för tekniska tillämpningar. Därför, i årtionden, människor har letat efter material som förblir supraledande även vid högre temperaturer. På 1980 -talet, "supraledare vid hög temperatur" upptäcktes. Det som kallas "höga temperaturer" i detta sammanhang, dock, är fortfarande väldigt kallt:även högtemperatur superledare måste kylas kraftigt för att få sina supraledande egenskaper. Därför, sökandet efter nya supraledare vid ännu högre temperaturer fortsätter.

"Under en lång tid, särskild uppmärksamhet ägnades åt så kallade cuprates, dvs föreningar innehållande koppar. Det är därför vi också talar om koppartiden ", förklarar prof. Karsten Held från Institute of Solid State Physics vid TU Wien. "Med dessa koppar, några viktiga framsteg gjordes, även om det fortfarande finns många öppna frågor i teorin om högtemperatur supraledning idag ".

Men sedan en tid tillbaka, andra möjligheter har också övervägts. Det fanns redan en så kallad "järnålder" baserad på järnhaltiga supraledare. Sommaren 2019, forskargruppen för Harold Y. Hwangs forskargrupp från Stanford lyckades sedan demonstrera supraledning vid hög temperatur i nickelater. "Baserat på våra beräkningar, vi föreslog redan nickelater som supraledare för 10 år sedan, men de var något annorlunda än de som nu har upptäckts. De är relaterade till cuprates, men innehåller nickel istället för kopparatomer, säger Karsten Held.

Problemet med väte

Efter lite entusiasm, dock, det har blivit uppenbart under de senaste månaderna att nickelat supraledare är svårare att producera än man först trodde. Andra forskargrupper rapporterade att deras nickelater inte har supraledande egenskaper. Denna uppenbara motsägelse har nu klargjorts vid TU Wien.

"Vi analyserade nickelaterna med hjälp av superdatorer och fann att de är extremt mottagliga för väte i materialet, "rapporterar Liang Si (TU Wien). Vid syntesen av vissa nickelater, väteatomer kan införlivas, som helt förändrar materialets elektroniska egenskaper. "Dock, detta händer inte med alla nickelater, "säger Liang Si, "Våra beräkningar visar att för de flesta av dem, det är energiskt mer gynnsamt att införliva väte, men inte för nickelaterna från Stanford. Även små förändringar i syntesförhållandena kan göra skillnad. "I fredags kunde gruppen kring Ariando Ariando från NUS Singapore rapportera att de också lyckats producera supraledande nickelater. De låter vätet som frigörs i produktionsprocessen fly direkt.

Beräkning av kritisk temperatur med superdatorer

På TU Wien utvecklas nya datorberäkningsmetoder för att förstå och förutsäga nickelaters egenskaper. "Eftersom ett stort antal kvantfysiska partiklar alltid spelar en roll här samtidigt, beräkningarna är extremt komplexa, "säger Liang Si, "Men genom att kombinera olika metoder, vi kan nu till och med uppskatta den kritiska temperatur upp till vilken de olika materialen är superledande. Sådana tillförlitliga beräkningar har inte varit möjliga tidigare. "I synnerhet teamet vid TU Wien kunde beräkna det tillåtna intervallet för strontiumkoncentration som nickelaten är superledande för - och denna förutsägelse har nu bekräftats i experiment.

"Högtemperatur supraledning är ett extremt komplext och svårt forskningsområde, "säger Karsten Held." De nya nickelat -superledarna, tillsammans med vår teoretiska förståelse och datorberäkningarnas förutsägbarhet, öppna ett helt nytt perspektiv på den stora drömmen om solid state -fysik:en superledare vid omgivningstemperatur som därför fungerar utan kylning. "