Показать меню
04 мар 17:16Политика

Под гигантским давлением создано сверхпроводящее соединение водорода и празеодима

Под гигантским давлением создано сверхпроводящее соединение водорода и празеодима

Ученые Сколтеха вместе с коллегами из Цзилиньского университета (Китай) создали новые сверхпроводники из соединений водорода и редкоземельного металла празеодима; одно из веществ является неожиданным с точки зрения классической химии. Результаты исследования позволили найти наиболее оптимальные металлы для создания сверхпроводников, работающих при комнатной температуре. Работа поддержана грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ) по поддержке лабораторий мирового уровня. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, кратко о полученных результатах сообщается в пресс-релизе РНФ.

Последние полтора десятилетия в науке существует теория, что водородные соединения (гидриды) могут быть отличными сверхпроводниками — веществами, у которых при охлаждении до определенной температуры полностью пропадает электрическое сопротивление. За счет этого они способны передавать электричество без потерь, что делает их очень перспективными материалами для энергосетей. Но температура, при которой вещество приобретает сверхпроводящие свойства, у большинства соединений очень низкая, поэтому применяемые на практике сверхпроводники обычно охлаждают жидким гелием, при этом нужно использовать дорогое и сложное оборудование. Физики пытаются найти вещество, являющееся сверхпроводником при комнатной температуре. Один из кандидатов — металлический водород, но его создание требует огромных давлений свыше четырех миллионов атмосфер.

В новой работе, первыми авторами которой стали Дмитрий Семенок и Ди Джоу, сообщается о создании соединений водорода с празеодимом — металлом из группы лантаноидов, и об изучении их физических свойств. Ученые синтезировали несколько соединений, которые отличались друг от друга соотношением атомов двух элементов. Для этого в специальную камеру помещали образцы, состоящие из металлического празеодима и водорода. Их сжимали между двумя конусообразными алмазами, таким образом повышая давление до 40 ГПа, и нагревали с помощью лазера. Вещества сжимались и вступали в реакцию, образуя соединение PrH3. Однако в таких экспериментах алмазы часто становятся хрупкими из-за контакта с водородом и разрушаются. Поэтому ученые заменили чистый водород бораном аммония — соединением, содержащим большое количество водорода, который выделяется при нагревании и вступает в реакцию с празеодимом. Такой способ действительно оказался эффективнее, и дальнейшие опыты ученые проводили с ним. Повысив давление, исследователи получили вещество PrH9. Таким же способом ученые ранее синтезировали соединения водорода с лантаном — металлом из той же группы. Особенность полученных молекул в том, что они «запрещены» классической химией и не объясняются ее правилами. Формально электронное строение атома празеодима не позволяет ему образовывать такое большое количество связей с другими атомами. Однако существование подобных «неправильных» соединений можно предсказать сложными квантовыми расчетами и подтвердить экспериментами.

Наконец, ученые исследовали сверхпроводимость созданных веществ. Для этого они измеряли электрическое сопротивление при разных температурах и давлении. Исследователи выяснили, что гидрид празеодима переходит в состояние сверхпроводника при температуре в –264 °С, что намного ниже температуры сверхпроводимости гидрида лантана LaH10, но вместе с тем сами вещества химически и структурно очень похожи. Авторы исследования изучили, чем обусловлена такая разница в характеристиках. Сопоставив результаты этого исследования с другими, ученые выяснили, что положение металла в таблице Менделеева и его свойства играют принципиальную роль. Оказалось, что атомы празеодима не просто являются донорами электронов: в отличие от своих соседей лантана и церия, они несут небольшие магнитные моменты, которые подавляют сверхпроводимость, а потому температура ее появления падает.

«С помощью метода, ранее применявшегося для синтеза гидридов лантана, мы смогли создать новые сверхпроводящие металлические гидриды празеодима. Мы сделали два основных вывода. Во-первых, возможно возникновение аномальных соединений, состав которых никак не связан с валентностями, то есть допустимым количеством связей одного атома с другими атомами. Во-вторых, мы подтвердили новый принцип создания сверхпроводников. Мы узнали, что металлы из "пояса лабильности", расположенного между II и III группами таблицы Менделеева, подходят для этого лучше всех остальных. Из лантаноидов ближе всего к "поясу лабильности" лантан и церий. В дальнейших исследованиях мы будем использовать эту информацию при получении новых высокотемпературных сверхпроводников», — прокомментировал Артем Оганов, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор физико-математических наук, профессор Сколтеха, заведующий лабораторией в Московском физико-техническом институте.

По материалам: polit
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Введите два слова, показанных на изображении: *
Лента новостей
Главная тема «Культурного чемпионата» 2026 года — цифровые технологии и искусственный интеллект02:18РГСУ посетил Китайский народный университет и Столичный педагогический университет в рамках Годов российско-китайского сотрудничества23:05Эксперты Viatti напомнили, что важно проверить перед установкой зимних шин18:54В Колонном зале Дома союзов прошел памятный вечер в честь 90-летнего юбилея мэра Москвы Юрия Михайловича Лужкова14:22РГСУ развивает отношения с Северо-Западным университетом при содействии посольства КНР в Российской Федерации в РФ01:30В Сергиево-Посадском округе пройдет фестиваль исторической реконструкции «Заветы Сергия Радонежского»00:36Эксперты объяснили, как часто нужно измерять давление в шинах в зимний период13:44Прочность компонентов будущей шины оценивают до начала производства00:55В честь 90-летия Юрия Михайловича Лужкова агросектор Подмосковья установил мемориальную доску19:02В Кимрах стартовала масштабная акция, инициированная донорским мероприятием01:35За что в США судят адвокатов по асбестовым делам?21:00В «Крылатской 33» завершилось строительство монолитного клубного квартала из четырех секций11:46Компания fischer Россия: разработан новый дюбель SL для сквозного монтажа19:28В рамках программы «Большие гастроли» зрители Челябинска увидят пять выдающихся постановок Московского «Театра на Трубной»14:11Исследование: турист в Свердловской области едет за природой, культурой и путешествует всей семьей19:53Целесообразно ли развитие у детей навыков, не предусмотренных стандартной школьной программой00:27В Петрозаводске открылась выставка, на которой представлены работы участников пленэра молодых художников из разных регионов России21:20В год 90-летия Юрия Лужкова в Москве продолжается традиция праздничных субботников08:08
Популярные новости
Выбор редакции