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
Займ онлайн в Казахстане08:28Источник инфракрасного излучения рекордной интенсивности создан на основе иттербия13:48Родство древних японцев эпохи Дзёмон и первых американцев не подтверждается строением зубов и ДНК13:16Очень Большой телескоп сфотографировал 42 крупнейших астероида Солнечной системы14:32Российский физик предложил объяснение «псевдощелевой фазы» у сверхпроводников13:32Подводные электрические кабели вводят крабов в транс14:48Итальянское блюдо XVI века установило рекорд на аукционе12:16Синтезатор или пианино07:59Упоминание о Северной Америке нашли в итальянской хронике XIV века14:00Норвежский ледник сохранил лыжу возрастом 1300 лет11:16Физики будут следить за слабыми случайными колебаниями тока, чтобы зарегистрировать неуловимые «майорановские моды»16:16Комплексное соединение рения позволит обнаружить опухоли и ишемию на ранней стадии09:32Белковые добавки — выращивание и продукты из насекомых08:07Вещество растительного происхождения уменьшает поражение мозга при болезни Альцгеймера15:32Жившая 16 миллионов лет назад тихоходка сохранилась в янтаре12:32Имплантируемое в мозг устройство спасает от тяжелой депрессии15:16Котельный завод «РЭП» г.Барнаул – производитель твердотопливных промышленных котлов11:35На западе Англии найдена статуэтка богини Венеры римского времени10:48