Forskare vid University of Bayreuth har gjort ett betydande vetenskapligt genombrott genom att identifiera nya yttrium-väteföreningar, en upptäckt som har allvarliga konsekvenser för forskning om högtryckssupraledning. Högtryckssupraledning hänvisar till materials egenskap att bli supraledande, vilket innebär att de leder elektrisk ström utan motstånd när de utsätts för vissa tryckförhållanden. Studien publiceras i Science Advances .
Flera superhydrider av sällsynta jordartsmetaller är kända för att rapporteras vara supraledare nära rumstemperatur vid höga tryck. Supraledande material tillåter ström att flyta utan motstånd. I de flesta fall är de produkter av kemiska reaktioner som realiseras i diamantstädceller vid extrema tryck och temperaturer.
Deras fas och kemiska sammansättning är ofta okända, vilket gör att påståenden om supraledning inte är helt motiverade, eftersom den mätbara kritiska temperaturen (TC ), vilket är den temperatur under vilken materialets elektriska resistivitet sjunker till noll, beror på många faktorer, inklusive provets fasrenhet och vätehalten i hydrider. Därför är förekomsten av högtryckssupraledare nära rumstemperatur fortfarande under granskning.
Användningen av den moderna metoden för så kallad synkrotron-enkristallröntgendiffraktion från flerfasiga mikrokristallina prover, utvecklad i gruppen av prof. Natalia Dubrovinskaia och prof. Leonid Dubrovinsky vid University of Bayreuth, gjorde det möjligt att reda ut den kemiska komplexiteten och rikedom av yttrium-väte-systemet under högt tryck och hög temperatur.
Vid tryck upp till cirka 170 GPa, Ph.D. Student Alena Aslandukova och medförfattare identifierade fem nya yttriumhydrider med unika strukturer. Dessa föreningar syntetiserades i diamantstädceller genom laseruppvärmning av Y-H-prover (yttrium med väterik ammoniakboran eller paraffinolja) upp till 3 500 K.
Enkristallröntgendiffraktion ger värdefull insikt i arrangemanget av yttriumatomer i kristallstrukturerna i dessa nyupptäckta faser. Vätehalten uppskattades med hjälp av empiriska relationer och ab initio-beräkningar som avslöjade den specifika sammansättningen för varje förening, vilket pekade mot Y-H-systemets rikedom och mångfalden av yttriumhydrider under högtrycksförhållanden.
"Studien betonar komplexiteten hos yttrium-vätesystemet och dess flerfaskaraktär vid högt tryck", förklarar Aslandukova. "Resultaten ger ett betydande bidrag till vår förståelse av materialbeteende under extrema förhållanden och karaktären hos potentiellt supraledande hydrider."
Mer information: Alena Aslandukova et al, Diverse högtryckskemi i Y-NH 3 BH 3 och Y-paraffinoljesystem, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl5416
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Bayreuth University
