A busca pelos cobiçados supercondutores de alta temperatura vai ficar mais fácil com uma nova 'lei dentro de uma lei' descoberta por Skoltech e pesquisadores do MIPT e seus colegas, que descobriu uma ligação entre a posição de um elemento na Tabela Periódica e seu potencial para formar um hidreto supercondutor de alta temperatura. O novo artigo é publicado na revista Opinião atual em estado sólido e ciência de materiais . A pesquisa foi apoiada pela Russian Science Foundation.

Materiais supercondutores, com resistência zero e, portanto, sem dissipação de energia para o calor, seria extremamente útil para nossa eletrônica e redes de energia. Os ímãs supercondutores já são usados ​​na máquina de ressonância magnética do hospital local e em aceleradores de partículas, como o Large Hadron Collider do CERN.

No momento, existem duas maneiras de chegar à supercondutividade, ambos nos extremos:temperaturas muito baixas ou pressões muito altas. Alguns dos supercondutores "mais quentes" do primeiro tipo, cuprates, ainda precisam ser resfriados a cerca de 100 K (-173 ° C), o que está muito longe das condições normais. Há previsões de que o hidrogênio metálico pode apresentar propriedades supercondutoras quase em temperatura ambiente; a captura está na pressão necessária, que tem mais de 4 milhões de atmosferas, quase no limite de nossas capacidades técnicas.

É por isso que os cientistas estão olhando para os hidretos, compostos de hidrogênio e outro elemento, e foi demonstrado que eles funcionam como supercondutores em temperaturas relativamente altas e pressões mais baixas. O recorde atual de até 23 graus C negativos foi mostrado no ano passado para LaH ₁₀ , decahidreto de lantânio, à pressão de 170 gigapascals, ou 1,7 milhões de atmosferas. Mesmo que as pressões ainda sejam muito altas para permitir o uso prático, pesquisas em hidretos supercondutores já têm implicações importantes para outras classes de supercondutores, que pode funcionar em pressão e temperatura normais.

Skoltech Ph.D. o aluno Dmitrii Semenok e Skoltech e o professor Artem R. Oganov do MIPT, juntamente com seus colegas, encontraram uma regra que permite prever a temperatura crítica supercondutora máxima, maxT _C , para um hidreto de metal baseado apenas na estrutura eletrônica de átomos de metal. Isso significa que a busca por novos hidretos supercondutores ficará mais fácil.

"A conexão entre a supercondutividade e a Tabela Periódica era intrigante no início. Ainda não estamos totalmente certos sobre sua origem, mas pensamos que é porque os elementos na fronteira entre os elementos s- e p- ou s- e d (aproximadamente entre o 2º e o 3º grupos da Tabela) têm estrutura eletrônica excepcionalmente sensível ao campo de cristal, e isso é perfeito para o acoplamento elétron-fônon, qual é a causa da supercondutividade em hidretos, "disse Artem R. Oganov, um co-autor do trabalho.

Além de descobrir uma regra qualitativa, eles também treinaram uma rede neural para prever maxT _C para compostos onde nenhum dado experimental ou teórico estava disponível. Para alguns elementos, dados publicados anteriormente sobre Tc de hidretos pareciam desviar-se do comportamento normal. Os pesquisadores então começaram a verificar esses dados usando USPEX, o algoritmo evolutivo desenvolvido por Oganov e seus alunos para prever hidretos termodinamicamente estáveis ​​desses elementos.

"Para elementos em que os valores publicados de maxTc eram (com base na regra descoberta) muito baixos ou muito altos, o grupo realizou buscas sistemáticas de hidretos estáveis. Seus novos dados confirmaram a regra descoberta e renderam novos hidretos de magnésio (Mg), estrôncio (Sr), bário (Ba), césio (Cs) e rubídio (Rb). Por exemplo, um hexahidreto de estrôncio previsto, SrH ₆ , tem um maxT _C de 189 K (menos 84 graus C) a 100 GPa, enquanto BaH ₁₂ , um super-hidreto de bário teórico, pode ter um maxT relativamente alto _C até 214 K (menos 59 graus C), "disse Alexander Kvashnin, Skoltech e MIPT cientista pesquisador sênior e co-autor da pesquisa.

No início de 2019, Oganov e seus colegas da Rússia, os EUA e a China sintetizaram o super-hidreto de cério CeH ₉ , que tem propriedades supercondutoras a 100-110 K e a uma pressão (relativamente) baixa de 120 GPa. Outro supercondutor descoberto pelo grupo de pesquisa (Dmitry Semenok, Ivan Troyan, Alexander Kvashnin, Artem R. Oganov, e seus colegas), hidreto de tório ThH10, tem uma temperatura crítica alta de 161 K.

"Agora, usando a regra recém-descoberta e a rede neural, podemos nos concentrar em compostos mais complexos que são ainda mais promissores em nossa busca pela supercondutividade à temperatura ambiente - superidridos ternários que contêm dois elementos e hidrogênio. Já previmos uma série de hidretos que podem rivalizar ou exceder LaH ₁₀ , "disse o primeiro autor da obra, Dmitrii Semenok.