Hydrides come within a whisker of room temperature superconductivity — ABC Chemicals


Созданы материалы супергидрида лантана, которые сверхпроводят при температурах, наблюдаемых в холодный зимний день. Команда Университета Джорджа Вашингтона, возглавляемая Расселом Хемли и Мэддери Сомаязулу, утверждает, что сделала ЛА10 сверхпроводимость при 260К или -13 ° C, рекорд по минимальному охлаждению. И команда Михаила Еремеца из Института химии Макса Планка в Майнце, Германия, также утверждает, что зафиксировала подобную высокотемпературную сверхпроводимость в LaH.10 на 250К.

Любое значение резко контрастирует с коммерческими сверхпроводниковыми проводами из оксида меди, используемыми для распределения электроэнергии, которые охлаждаются до 77К. Тем не менее, LaH10 Вероятно, все еще будет трудно использовать, потому что эксперименты ограничены пространством между наконечниками микрометрового размера двух алмазов в ячейке с алмазной наковальней. Для достижения сверхпроводимости требуется, чтобы ячейка с алмазной наковальней оказывала давление до 200 ГПа, что в два миллиона раз больше, чем в атмосфере Земли.

Тем не менее, что важно, супергидриды лантана продолжают удаляться от открытия новых высокотемпературных сверхпроводниковых материалов в значительной степени благодаря удаче. Вместо этого ученые, включая Хемли, предсказали сверхпроводимость супергидридов иттрия и лантана в июле 2017 года. «Эта комбинация теории и эксперимента — все в одной команде — была уникальной», — рассказывает Хэмли. Мир химии.

Сегодня мы понимаем обычную сверхпроводимость, которая позволяет материалам проводить электричество без какого-либо сопротивления через теорию Бардина, Купера и Шриффера (BCS). Сопротивление возникает, когда электроны, проходящие через материал, отскакивают от вибрирующих ядер атомов, которые его составляют.

В теории БКШ электроны рассеиваются меньше, потому что они спариваются ниже критической температуры сверхпроводника (Tс). Теория гласит, что первый электрон притягивается к положительно заряженному ядру. Это искажает структуру сверхпроводника, поскольку отрицательно заряженный электрон притягивает окружающие ядра, создавая область относительного положительного заряда, которая притягивает второй электрон. Это мимолетное искажение создает вибрацию или фонон внутри материала. Хотя эти «куперовские пары» относительно устойчивы к рассеиванию другими вибрациями при прохождении через сверхпроводник, они распадаются над его Tс.

Этот электрон-фононный механизм влияет на энергетические уровни, на которых квантовая механика диктует существование электронов, которые можно приблизительно рассчитать с помощью теории функционала плотности (DFT). Используя ДПФ, команда Хемли предположила, что в Лахе10 все колебания, связанные с взаимодействиями между атомами водорода, будут участвовать в электрон-фононном взаимодействии, увеличивая сверхпроводимость. Хемли объясняет, что в супергидридах лантана связь между фононами и электронами также очень высока.

Сверхпроводники по дизайну

После их предсказаний команда Университета Джорджа Вашингтона сделала LaH10 в январе 2018 г. нагревание металла лантана и газообразного водорода до 1000 К с помощью лазера в ячейке с алмазной наковальней. Затем в препринтном документе, опубликованном в августе 2018 года2, они произвели LaH10 используя аммиак боран, а не газообразный водород.

Измерения проводимости показали, что сопротивление начало падать на отметке 280К и «заметно упало» на отметке 260К при давлении около 200 ГПа, которые являются результатами, которые они сейчас опубликовали. Сомаязулу объясняет, что Tс чувствителен к давлению, при котором материал синтезируется и измеряется, так как образуются разные фазы и композиции. «Полученные кривые удельного сопротивления могут давать разные температуры перехода», — добавляет он.

Тем временем, команда Eremets исследовала богатые водородом материалы после их предыдущего открытия 203K Tс в H3S, который образуется при температуре выше 90 ГПа. В декабре 2018 года они опубликовали препринт3 с указанием LaH10Tс около 250К при давлении 170 ГПа и другая фаза с 215К Tс, Полученные данные предполагают сверхпроводимость при комнатной температуре «в ближайшем будущем при высоких давлениях и перспективы традиционной сверхпроводимости при атмосферном давлении», пишут ученые.

Роальд Хоффман из Корнелльского университета в Итаке, США, который работал с Хэмли над предсказаниями, но не над экспериментальными исследованиями, называет это открытие «очень захватывающим». Он приветствует быстрое тиражирование, но предупреждает, что LaH10 это очень сложно сделать. «Не ожидайте, что сверхпроводник в вашем компьютере завтра при комнатной температуре», говорит он.

Ева Зурек из Университета Буффало, США, называет способ, которым предсказание было предсказано, «весьма примечательным». «Это пример материалов по дизайну», — говорит она. Зурек отмечает, что ковалентные связи между атомами водорода в LaH10 намного длиннее, чем связи между двумя атомами в молекулярном водороде. «Это отчасти является причиной большой электрон-фононной связи, которую вы рассчитываете для этих систем», — добавляет она.







Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *