I en serie experiment på lantansuperhydrid med föroreningar har forskare från Skoltech, Lebedev Physical Institute of RAS och deras kollegor från USA, Tyskland och Japan, etablerat mekanismen bakom den högsta temperatursuperledningsförmågan i polyhydrider som hittills observerats. Rapporterad i Avancerat material , banar upptäckten vägen för framtida studier av material som leder elektricitet med noll motstånd vid eller nära rumstemperatur. De skulle komma väl till pass för supraledande elektronik och kvantdatorer, maglev-tåg, MRI-maskiner, partikelacceleratorer och kanske till och med kärnklyvningsreaktorer och förlustfria kraftledningar, om du gillar den typen av saker.

Om inte materialvetenskapens heliga gral är supraledare nära rumstemperatur verkligen bland de mest eftertraktade materialen med tekniska tillämpningar. Om det upptäcks skulle ett sådant material möjliggöra monsterelektromagneter som kan användas i grundläggande forskningsinstrument, såsom ultraprecisa magnetiska sensorer och partikelacceleratorer som skulle få Large Hadron Collider att verka ynklig, såväl som i medicinsk teknik (bättre MRI-skannrar), magnetiska levitationståg, miniatyrmotorer och generatorer och prylar med förlängd batteritid. Bland de mer futuristiska tillämpningarna finns långväga kraftöverföringsledningar som skulle leverera el nästan utan förluster.

Rent väte borde teoretiskt sett vara den bästa högtemperatursupraledaren, förutsatt att du kunde pressa den tillräckligt hårt för att förvandla den till en metall. Men det är en utmaning, minst sagt. Så istället undersöker forskare föreningar som innehåller ytterligare element, förutom massor av väte. På så sätt offrar de en del av temperaturen för att få de tryck som behövs för att stabilisera det supraledande materialet ner och in i sfären av vad som är tekniskt möjligt.

"Just nu, lantansuperhydrid LaH₁₀ är den främsta utmanaren i det här supraledarloppet, med en kritisk temperatur på minus 23 grader Celsius," kommenterade studiens huvudutredare, Skoltech-professor Artem R. Oganov. "Detta är mycket imponerande, men för att gå ännu högre var vi först tvungna att förstå hur supraledning i detta material fungerar. Nu gör vi det."

Det finns flera mekanismer som kan möjliggöra elektrisk ledningsförmåga med noll motstånd. Den man bäst förstår kallas konventionell fononmedierad supraledning. Det uppstår på grund av elektroninteraktioner med kristallgitteroscillationer. Den väletablerade teorin om konventionell supraledning kan användas för att förbättra lantansuperhydrid, kanske genom att introducera något avgörande tredje element för att skapa en ny förening av väte och två andra väl valda grundämnen.

"Problemet var att det hittills inte funnits någon modell av ternära supraledande system för att ta reda på hur mycket vi kan förbättra de supraledande egenskaperna hos polyhydrider. Så det fanns en hel del osäkerhet som hindrade och skymmer framstegen i jakten på nära rum -temperatursupraledning. Vi har banat väg genom att eliminera denna osäkerhet," sa Oganov.

Hans team etablerade beteende av supraledning i lantansuperhydrid baserat på det allmänt accepterade Andersons sats. Den anger att konventionella supraledare – och endast dem – behåller sina egenskaper när en icke-magnetisk förorening införs, men lider av en minskning av den kritiska temperaturen för supraledning när de doppas med magnetiska föroreningar.

"Efter att ha bekräftat i en tidigare artikel att tillsatsen av yttrium, som är omagnetisk, inte påverkar den kritiska temperaturen för supraledning i LaH₁₀ , dopade vi detta material med det magnetiska neodymet istället. Och visst, ju fler neodymatomer som tillsattes, desto mer undertryckte denna supraledning, och förstörde den till slut vid cirka 15 till 20 atomprocenthalt av Nd, säger Dmitrii Semenok, doktorand vid Skoltech och huvudförfattare till studien. .

Enligt forskarna har vi nu en bättre förståelse för hur föroreningar kommer att påverka supraledning i hydrider och kan förutsäga egenskaperna hos många sådana ternära hydridsystem. Teamet kommer att förlita sig på de etablerade slutsatserna för att förutsäga, syntetisera och testa nya tre-element väterika föreningar, förhoppningsvis förbättra lantansuperhydrid genom att höja dess kritiska temperatur, sänka syntestrycket eller bådadera.

Forskning om anomala hydridföreningar har gjort mycket för att främja vår förståelse av och skingra missuppfattningar om supraledning. Mycket av denna forskning har använt sig av USPEX, ett datorprogram utvecklat av Oganov för att förutsäga de till stor del kontraintuitiva föreningar som finns vid mycket höga tryck. + Utforska vidare

Nya ternära hydrider av lantan och yttrium ansluter sig till högtemperatursupraledare