Em uma série de experimentos com superhidreto de lantânio com impurezas, pesquisadores da Skoltech, Lebedev Physical Institute of RAS e seus colegas dos Estados Unidos, Alemanha e Japão estabeleceram o mecanismo por trás da supercondutividade de temperatura mais alta em polihidretos observados até o momento. Relatado em Materiais Avançados , a descoberta abre caminho para futuros estudos que buscam materiais que conduzam eletricidade com resistência zero à temperatura ambiente ou próxima dela. Esses seriam úteis para eletrônicos supercondutores e computadores quânticos, trens maglev, máquinas de ressonância magnética, aceleradores de partículas e talvez até reatores de fissão nuclear e linhas de energia sem perdas, se você gosta desse tipo de coisa.
Se não for o Santo Graal da ciência dos materiais, os supercondutores próximos à temperatura ambiente estão certamente entre os materiais mais procurados com aplicações tecnológicas. Se descoberto, tal material permitiria eletroímãs monstruosos que poderiam ser usados ​​em instrumentos de pesquisa fundamental, como sensores magnéticos ultraprecisos e aceleradores de partículas que fariam o Grande Colisor de Hádrons parecer insignificante, bem como em tecnologia médica (melhores scanners de ressonância magnética), trens de levitação, motores e geradores em miniatura e dispositivos de vida útil prolongada da bateria. Entre as aplicações mais futuristas estão as linhas de transmissão de energia de longa distância que forneceriam eletricidade quase sem perdas.

Teoricamente, o hidrogênio puro deve ser o melhor supercondutor de alta temperatura, desde que você possa apertá-lo com força suficiente para transformá-lo em metal. Mas isso é um grande desafio, para dizer o mínimo. Então, em vez disso, os cientistas estão explorando compostos que contêm elementos adicionais, além de muito hidrogênio. Dessa forma, eles estão sacrificando um pouco da temperatura para trazer as pressões necessárias para estabilizar o material supercondutor para baixo e para o reino do que é tecnologicamente possível.

"Neste momento, superhidreto de lantânio LaH₁₀ é o principal concorrente nesta corrida de supercondutores, com uma temperatura crítica de menos 23 graus Celsius", comentou o investigador principal do estudo, Skoltech Professor Artem R. Oganov. "Isso é muito impressionante, mas para ir ainda mais alto, primeiro tivemos que entender como funciona a supercondutividade neste material. Agora temos."

Existem vários mecanismos que podem permitir a condutividade elétrica com resistência zero. A mais bem compreendida é chamada de supercondutividade mediada por fônons convencional. Ela surge em virtude de interações eletrônicas com oscilações da rede cristalina. A teoria bem estabelecida da supercondutividade convencional pode ser usada para melhorar o superhidreto de lantânio, talvez introduzindo algum terceiro elemento crucial para criar um novo composto de hidrogênio e dois outros elementos bem escolhidos.

“O problema era que, até agora, não existia nenhum modelo de sistemas supercondutores ternários para descobrir o quanto podemos melhorar as propriedades supercondutoras dos polihidretos. -supercondutividade de temperatura. Abrimos o caminho eliminando essa incerteza", disse Oganov.

Sua equipe estabeleceu o comportamento da supercondutividade no superhidreto de lantânio com base no teorema de Anderson amplamente aceito. Ele afirma que os supercondutores convencionais – e apenas eles – mantêm suas propriedades quando uma impureza não magnética é introduzida, mas sofrem uma diminuição na temperatura crítica da supercondutividade quando dopados com impurezas magnéticas.

"Tendo confirmado em um artigo anterior que a adição de ítrio, que não é magnético, não afeta a temperatura crítica da supercondutividade em LaH₁₀ , em vez disso, dopamos esse material com o neodímio magnético. E, com certeza, quanto mais átomos de neodímio foram adicionados, mais essa supercondutividade suprimida, destruindo-a em cerca de 15 a 20 por cento atômico de Nd", disse Dmitrii Semenok, estudante de doutorado da Skoltech e principal autor do estudo. .

De acordo com os pesquisadores, agora temos uma melhor compreensão de como as impurezas afetarão a supercondutividade em hidretos e podemos prever as propriedades de muitos desses sistemas de hidretos ternários. A equipe contará com as conclusões estabelecidas para prever, sintetizar e testar novos compostos ricos em hidrogênio de três elementos, melhorando esperançosamente o superhidreto de lantânio, elevando sua temperatura crítica, baixando a pressão de síntese ou ambos.

A pesquisa sobre compostos de hidretos anômalos fez muito para aprofundar nossa compreensão e dissipar equívocos sobre a supercondutividade. Grande parte dessa pesquisa fez uso do USPEX, um programa de computador desenvolvido por Oganov para prever os compostos amplamente contra-intuitivos que existem em pressões muito altas. + Explorar mais

Novos hidretos ternários de lantânio e ítrio se juntam às fileiras dos supercondutores de alta temperatura