Naučnici sa Univerziteta Jilin, Centra za napredna istraživanja nauke i tehnologije visokog pritiska i Skoltech-a sintetizovali su lantan-cerijum polihidrid, materijal koji obećava da će olakšati proučavanje superprovodljivosti na sobnoj temperaturi. Nudi kompromis između polihidrida lantana i cerijuma u smislu koliko je hlađenja i pritiska potrebno. Ovo omogućava lakše eksperimente, koji bi jednog dana mogli da dovedu naučnike do jedinjenja koja provode električnu energiju sa nultim otporom u ambijentalnim uslovima – inženjerski san koji se stvarao godinama. Studija je objavljena u časopisu Nature Communications.
Jedno od najintrigantnijih nerešenih pitanja u savremenoj fizici je: Možemo li napraviti materijal koji sprovodi elektricitet sa nultim otporom (superprovodnicima) na sobnoj temperaturi i atmosferskom pritisku? Takav superprovodnik bi omogućio električne mreže sa neviđenom efikasnošću, ultra brze mikročipove i elektromagnete toliko moćne da bi mogli da levitiraju vozove ili kontrolišu fuzione reaktore.
U svojoj potrazi, naučnici ispituju više klasa materijala, polako podižući temperaturu na kojoj su superprovodni i smanjujući pritisak koji im je potreban da bi ostali stabilni. Jedna takva grupa materijala su polihidridi — jedinjenja sa izuzetno visokim sadržajem vodonika. Na -23°C, aktuelni šampion za visokotemperaturnu superprovodljivost je lantanov polihidrid sa formulom LaH 10 . Kompromis: zahteva pritisak od 1,5 miliona atmosfera. Na suprotnom kraju spektra, kuprati su klasa materijala koji su superprovodni pod normalnim atmosferskim pritiskom, ali zahtevaju niže temperature — ne više od -140°.
Sada su istraživači Skoltech-a i njihove kineske kolege uspeli da olabave zahteve pritiska polihidridnih superprovodnika. Da bi to uradio, tim je prilagodio sistem lantan-vodonik dodavanjem malo cerijuma u mešavinu. Fizički, to je značilo pravljenje legure lantan-cerijum i zagrevanje u ćeliji pod visokim pritiskom sa amonijak-boranom, supstancom koja oslobađa mnogo vodonika dok se raspada.
Lantan i cerijum su dva veoma slična atoma koji formiraju analogna jedinjenja i često mogu biti zamenjeni jedan drugim. Međutim, dok je zabeležena superprovodljivost za polihidride LaH 10 i CeH 10, kao i CeH 9 , eksperimentatori retko vide odgovarajuću LaH 9 fazu. Naučnici su odlučili da testiraju hipotezu: trebalo bi da bude moguće stabilizovati LaH 9 dodavanjem odgovarajućeg aditiva, kao što je cerij, pod uslovom da to promeni strukturu originalnog materijala. I uspelo je.
„Veoma visok pritisak prisiljava čisti lantan i vodonik u strukturu LaH 10. Ali ako zamenite otprilike 1 od 4 atoma lantana sa cerijumom, ovo reorganizuje strukturu u aranžman koji se vidi u CeH 9. U tom smislu, uvođenje trećeg elementa menja strukturu koju bi čisti materijal inače pretpostavio. A ovaj aditiv doprinosi stabilnosti: u poređenju sa 1,5 miliona atmosfera koje su vam potrebne za LaH 10, naš lantan-cerijum polihidrid je stabilan na samo 1 milion atmosfera. Ovo je otprilike isto pritisak koji polihidridi cerijuma zahtevaju, ali oni pokazuju supravodljivost samo ispod -158°C, dok novi superprovodnik radi na -97°C. Dakle, to je dobar kompromis, ali što je još važnije, to je uveravanje da je naše rezonovanje ispravno“, studija ko -autor profesor Artem R. Oganov iz Skolteha komentariše.
Radeći u oblasti u kojoj su ne tako davno mnogi sumnjali da takozvana konvencionalna supravodljivost — poput one u polihidridima — uopšte može postojati na temperaturama iznad -230°C ili tako nešto, Oganov pridaje poseban značaj testiranju i prečišćavanju pravila koja omogućavaju otkrivanje i unapređenje superprovodnika na pouzdan i sistematičan način. Dakle, iako misli da će polihidridi generalno teško ikada biti napravljeni da budu superprovodni na atmosferskom pritisku (što je neophodan uslov za velike primene kao što su maglev vozovi ili električne mreže bez gubitaka), on kaže da njihova studija pruža uvid u supravodljivost koja zahteva bliži smo postizanju tog krajnjeg cilja sa drugim materijalima.
„Polihidridi su Eldorado za fundamentalna istraživanja superprovodnika pod pritiskom“, kaže Oganov. „I sintetizujući naše novo jedinjenje, testirali smo i usavršili alate i trikove korisne u ovoj potrazi i obezbedili zgodan materijal za dalje studije.“
„Rad je zanimljiv i za dva ključna eksperimenta: Pokazuje moguću anizotropiju gornjeg kritičnog polja za hidride. Odnosno zavisnost kritične temperature od pravca magnetnog polja. A takođe pokazuje da sa smanjenjem pritiska , faza pseudogap se manifestuje u polihidridima“, koautor studije i dr Skoltech. rekao je alumnus Dmitrij Semenok, dodajući da su oba svojstva karakteristična za kupratne superprovodnike. „Dakle, pri bližem pregledu, polihidridi su slični kupratima uprkos različitim mehanizmima superprovodljivosti.“
Na pitanje o drugim obećavajućim jedinjenjima do kojih vode trenutna istraživanja polihidrida, istraživači su odgovorili da izgleda da hidridi i borohidridi kalcijuma, itrijuma, lantana i magnezijuma u ovom trenutku zaslužuju pažnju istraživanja.
