Superidrido de cério, um composto 'proibido'. Crédito:@ tsarcyanide / MIPT
Pesquisadores dos EUA, Rússia, e a China dobrou as regras da química clássica e sintetizou um composto "proibido" de cério e hidrogênio - CeH 9 - que exibe supercondutividade a uma pressão relativamente baixa de 1 milhão de atmosferas. O jornal saiu em Nature Communications .
Supercondutores são materiais capazes de conduzir uma corrente elétrica sem qualquer resistência. Eles estão por trás dos poderosos eletroímãs em aceleradores de partículas, trens maglev, Scanners de ressonância magnética, e poderia, teoricamente, habilitar linhas de força que fornecem eletricidade de A a B sem perder os preciosos quilowatts na dissipação térmica.
Infelizmente, os supercondutores conhecidos hoje só podem funcionar em temperaturas muito baixas (abaixo de -138 graus Celsius), e o registro mais recente (-13 graus Celsius) requer pressões extremamente altas de quase 2 milhões de atmosferas. Isso limita o escopo de suas possíveis aplicações e torna as tecnologias supercondutoras disponíveis caras, uma vez que manter suas condições operacionais bastante extremas é um desafio.
As previsões teóricas sugerem que o hidrogênio é um candidato potencial para a supercondutividade à temperatura ambiente. Contudo, levar o hidrogênio a um estado supercondutor exigiria uma pressão tremenda de cerca de 5 milhões de atmosferas; compare com 3,6 milhões de atmosferas no centro da Terra. Comprimido tão forte, isso se transformaria em um metal, mas isso anularia o propósito de operar em condições padrão.
"A alternativa para a metalização do hidrogênio é a síntese dos chamados compostos" proibidos "de algum elemento - lantânio, enxofre, urânio, cério, etc — e hidrogênio, com mais átomos do último do que a química clássica permite. Normalmente, podemos falar sobre uma substância com uma fórmula como CeH 2 ou CeH 3 . Mas nosso super-hidreto de cério - CeH 9 - empacota consideravelmente mais hidrogênio, dotando-o de propriedades interessantes, "explicou um autor do estudo, Professor Artem R. Oganov de Skoltech e do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT).
À medida que os cientistas de materiais buscam a supercondutividade em temperaturas mais altas e pressões mais baixas, um pode custar o outro. "Embora o superidrido de cério só se torne supercondutor depois de resfriado a -200 graus Celsius, este material é notável por ser estável a uma pressão de 1 milhão de atmosferas - menos do que os superidridos de enxofre e lantânio sintetizados anteriormente requerem. Por outro lado, o super-hidreto de urânio é estável a uma pressão ainda mais baixa, mas precisa de muito mais resfriamento, "acrescentou o co-autor Ivan Kruglov, pesquisador do MIPT e do Dukhov Research Institute of Automatics.
Para sintetizar seu supercondutor "impossível", os cientistas colocaram uma amostra microscópica do metal de cério em uma célula de bigorna de diamante, junto com um produto químico que libera hidrogênio quando aquecido - neste caso, com um laser. A amostra de cério foi espremida entre dois diamantes planos para permitir a pressão necessária para a reação. Com o aumento da pressão, hidretos de cério com uma proporção progressivamente maior de hidrogênio formado no reator:CeH 2 , CeH 3 , etc.
A equipe então usou a análise de difração de raios-X para discernir as posições dos átomos de cério e, assim, indiretamente revelar a estrutura do novo composto. O CeH 9 a estrutura cristalina é composta por gaiolas de 29 átomos de hidrogênio em uma formação quase esférica. Os átomos em cada gaiola são mantidos juntos por ligações covalentes, não muito diferente daqueles no familiar H 2 molécula do gás hidrogênio, mas um pouco mais fraco. Cada gaiola fornece uma cavidade que abriga um átomo de cério
O advento da USPEX, desenvolvido por Skoltech e Artem Oganov do MIPT, e outros algoritmos de computador que prevêem a estrutura cristalina de compostos "proibidos" até então inéditos, permitiram aos pesquisadores estudar os hidretos de metal único em detalhes minuciosos. A próxima etapa é adicionar um terceiro elemento à mistura:os compostos triplos de hidrogênio e dois metais são um território desconhecido. Como o número de combinações possíveis é grande, os pesquisadores estão considerando o uso de algoritmos de IA para selecionar os candidatos mais promissores.
