Os cientistas criaram novos compostos supercondutores de hidrogênio e praseodímio, um metal de terra rara, uma substância é uma grande surpresa do ponto de vista da química clássica. O estudo ajudou a encontrar os metais ideais para supercondutores em temperatura ambiente. Os resultados foram publicados em Avanços da Ciência .

Uma teoria que evoluiu nos últimos 15 anos assume que os compostos de hidrogênio (hidretos) podem ser excelentes supercondutores, ou seja, substâncias que têm resistência elétrica zero quando resfriadas a uma determinada temperatura e são capazes de transportar eletricidade sem quaisquer perdas, o que é particularmente valioso para redes de energia. Contudo, o ponto crítico que os cientistas ainda estão tentando descobrir é a temperatura na qual uma substância atinge a supercondutividade. Para a maioria dos compostos, é muito baixo, portanto, os supercondutores usados ​​na vida real são normalmente resfriados com hélio líquido usando equipamentos complexos e caros. Os físicos estão ocupados procurando por uma substância que alcance a supercondutividade à temperatura ambiente. Um dos prováveis ​​candidatos é o hidrogênio metálico, mas a pressão necessária para produzi-lo excede 4 milhões de atmosferas!

Um grupo de cientistas russos da Skoltech e pesquisadores chineses da Universidade de Jilin publicou um artigo apresentando os resultados de suas pesquisas com os primeiros autores Dmitry Semenok e Di Zhou. Sua equipe criou compostos de hidrogênio e praseodímio, um metal da série dos lantanídeos, e estudou suas propriedades físicas. Os autores sintetizaram vários compostos com diferentes proporções de átomos para cada elemento. Para fazer isso, eles colocaram amostras de praseodímio e hidrogênio em uma câmara especial onde foram pressionadas entre dois diamantes em forma de cone para que a pressão aumentasse para 40 GPa, e foram aquecidos a laser.

Os elementos foram comprimidos e reagiram para formar o composto PrH3. A desvantagem é que os diamantes tendem a se tornar muito frágeis e quebrar ao entrar em contato com o hidrogênio. Os cientistas então substituíram o hidrogênio puro por amônio borano, um composto contendo uma grande quantidade de hidrogênio prontamente liberado quando aquecido e reagindo com o praseodímio. Os pesquisadores descobriram que esse método era mais eficaz e continuaram a usá-lo em outros experimentos. Ao aumentar a pressão, eles obtiveram PrH9. Mais cedo, eles haviam sintetizado compostos de hidrogênio e lantânio, outro metal da mesma série, usando a mesma técnica. As moléculas que eles obtiveram são especiais por serem um "fora da lei" na química clássica, como eles não obedecem por suas regras. Mesmo que a estrutura eletrônica do átomo de praseodímio seja tal que não permite que ele se ligue a muitos outros átomos, a existência de tais compostos "impróprios" pode ser prevista por cálculos quânticos complexos e comprovada por experimentos.

Também, os cientistas investigaram a supercondutividade das novas substâncias medindo a resistência elétrica em diferentes temperaturas e pressões e descobriram que o hidreto de praseodímio se torna supercondutor a -264 ° C, que é muito menor em comparação com LaH10, embora os dois compostos sejam semelhantes química e estruturalmente. Os autores investigaram as razões para a diferença nas características comparando seus resultados com outros estudos e descobriram que a posição do metal na tabela periódica e suas propriedades desempenham um papel fundamental. Descobriu-se que os átomos de praseodímio atuam como doadores de elétrons:ao contrário de seus vizinhos, lantânio e cério, eles carregam pequenos momentos magnéticos que suprimem a supercondutividade que ainda pode ocorrer, embora em temperaturas mais baixas.

"Aplicamos o método usado anteriormente para sintetizar hidretos de lantânio e tivemos sucesso na criação de novos hidretos de praseodímio metálico supercondutor. Tiramos duas conclusões principais. Primeiro, você pode obter compostos anormais com composições que nada têm a ver com valência; isso é, o número de ligações que um átomo pode ter com outros átomos. Segundo, validamos o novo princípio para a criação de supercondutores. Descobrimos que os metais da "zona de vulnerabilidade" localizados entre os grupos II e III da tabela periódica são os melhores candidatos. Os elementos mais próximos da "zona de instabilidade" são o lantânio e o cério. Daqui para frente, prosseguiremos a partir desta descoberta para obter novos supercondutores de alta temperatura, "disse Skoltech e professor do MIPT, Artem Oganov.