A pesquisa de hidretos amplia as fronteiras da supercondutividade prática e acessível
Síntese de Y0,5 Ce0,5 hidretos em condições extremas (alta pressão e alta temperatura). um Diagrama esquemático da configuração experimental para as medições. As setas representam as direções do feixe de laser para as medições de espalhamento e aquecimento Raman. b Micrografias ópticas das câmaras de amostra contendo NH3 BH3 (AB) e eletrodos de Pt nas células representativas (Célula-6 e Célula-7) antes e depois do aquecimento a laser. As bordas do filme Y-Ce estão marcadas com linhas vermelhas, e as setas azuis nas fotos da direita indicam as partes com alterações aparentes após o aquecimento. c Espectros Raman para o Y0,5 sintetizado Ce0,5 hidretos coletados nas partes de mudança aparente (setas azuis na Fig. 1b direita) na câmara de amostra. As bandas Raman do diamante e H2 após aquecimento a laser são apresentados. Os espectros Raman de baixa frequência são dimensionados para maior clareza. Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46133-x A ciência está a dar um passo em frente na busca por supercondutores que não exijam pressão ultra-alta para funcionar, graças à investigação multinacional liderada por Xiaojia Chen, da Universidade de Houston.
"Há muito tempo o objetivo dos pesquisadores de supercondutividade é facilitar ou mesmo eliminar os controles críticos atualmente exigidos em relação à temperatura e pressão", disse Chen, professor de física do MD Anderson na Faculdade de Ciências Naturais e Matemática da UH e investigador principal do Texas Center. para Supercondutividade em UH.
A evolução no sentido de eliminar o atual tratamento especial agora exigido pelo material supercondutor – que é definido como material que oferece pouca ou nenhuma impedância de resistência elétrica ou campos magnéticos – sugere que o potencial para aumentos radicais na eficiência de certos processos em pesquisa, cuidados de saúde, indústria e outras empresas comerciais poderão tornar-se realidade em breve.
Mas atualmente, as condições necessárias para uma supercondutividade bem-sucedida ultrapassam os recursos de muitos utilizadores potenciais, até mesmo de muitos laboratórios de investigação.
Chen explica que reduzir a pressão acessível para a supercondutividade é um objetivo importante dos estudos atuais sobre hidretos. “Mas os experimentos ainda enfrentam o desafio de fornecer um conjunto de evidências convincentes”, disse ele.
"Por exemplo, foi relatado que hidretos de terras raras exibem supercondutividade perto da temperatura ambiente. Isso se baseia nas observações de duas características essenciais - o estado de resistência zero e o efeito Meissner", disse Chen.
(O efeito Meissner, descoberto em 1933, reconhece uma diminuição ou reversão no magnetismo à medida que um material atinge a supercondutividade, fornecendo aos físicos um método para medir a mudança.)
"No entanto, esses materiais supercondutores de terras raras tiveram desempenho correto apenas em pressões extremamente altas. Para progredir, temos que reduzir a pressão de síntese o mais baixo possível, de preferência para as condições atmosféricas", explicou Chen.
A equipe de Chen encontrou seu avanço com a escolha de meios condutores – ligas de hidreto, que são substâncias metálicas feitas em laboratório que incluem moléculas de hidrogênio com dois elétrons. Especificamente, eles trabalharam com hidretos de ítrio-cério (Y0,5 Ce0,5 H9 ) e hidretos de lantânio-cério (La0,5 Ce0,5 H10 ).
A inclusão de cério (Ce) foi considerada uma diferença fundamental.
“Essas observações foram sugeridas devido ao efeito aprimorado de pré-compressão química através da introdução do elemento Ce nesses superhidretos”, explicou Chen.
Dois artigos de periódicos detalham as descobertas da equipe. O mais recente, em Nature Communications , concentra-se em hidretos de ítrio-cério; o outro, em Journal of Physics:Condensed Matter , concentra-se em hidretos de lantânio-cério.
A equipe descobriu que esses supercondutores podem manter temperaturas de transição relativamente altas. Em outras palavras, os hidretos de lantânio-cério e os hidretos de ítrio-cério são capazes de supercondutividade em condições menos extremas (a pressão mais baixa, mas mantendo uma temperatura de transição relativamente mais alta) do que foi conseguido antes.
"Isso nos faz avançar em nossa evolução em direção a uma mídia supercondutora viável e relativamente disponível", disse Chen. "Submetemos nossas descobertas a múltiplas medições de transporte elétrico, difração de raios X síncrotron, espalhamento Raman e cálculos teóricos. Os testes confirmaram que nossos resultados permanecem consistentes."
“Esta descoberta aponta para um caminho em direção à supercondutividade de alta temperatura que pode ser acessível em muitos ambientes laboratoriais atuais”, explicou Chen. A pesquisa sobre hidretos vai muito além do padrão reconhecido estabelecido pelos óxidos de cobre (também conhecidos como cupratos).
"Ainda temos um caminho a percorrer para alcançar condições verdadeiramente ambientais. O objetivo continua a ser alcançar a supercondutividade à temperatura ambiente e em pressão equivalente à nossa familiar atmosfera ao nível do solo. Assim, a investigação continua", disse Chen.
Mais informações: Liu-Cheng Chen et al, Síntese e supercondutividade em hidretos de ítrio-cério em altas pressões, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46133-x Ge Huang et al, Síntese da fase supercondutora de La0.5Ce0.5H10 em altas pressões, Journal of Physics:Condensed Matter (2023). DOI:10.1088/1361-648X/ad0915
