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
Разработчики рассказали о нововведениях в модуле видеоконференцсвязи «Р7-Команда»13:05Продукты обогащения хризотилового волокна будет перерабатывать дочернее предприятие «Ураласбеста»19:21Ученый Анастасия Рычагова на Всемирном фестивале молодежи получила премию имени Ю.М. Лужкова18:27«Здоровое Отечество» поддержит паралимпийский спорт и адаптацию людей с инвалидностью21:45Программа технологического хаба на фестивале в Сочи состоялась при участии Фонд Юрия Лужкова19:57Банк Синара: у россиян популярен кешбэк «на все», а также на покупки в супермаркетах и аптеках09:53Ксения Шойгу вошла в состав Попечительского совета фонда «Орион»18:50«Налог на СВО» и вовлечение жертв в тяжкие преступления – новые аферы мошенников20:09Фонд Юрия Лужкова наградит научные разработки молодежи02:30Чемпион Игр Будущего станет первым мастером спорта по программированию18:34Компания «О3-Коутингс» отмечает 15-летие успешной деятельности16:23Новинки шин категории Mud Terrain21:43Наблюдать за показами на Московской неделе моды можно будет в VK21:31Запущено производство новых квадро шин KAMA TYRES21:53KAMA TYRES представил обновление в сегменте ЦМК19:20Права участия в финале IV МНТКМ добились специалисты ООО «Транснефть – Балтика»20:597,5 тонны сладостей съели россияне в День святого Валентина20:56Эксперт назвал критический дефицит, угрожающий стройкам20:38
Популярные новости