Científicos de Rusia y sus colegas de China y Estados Unidos han creado el primer superconductor de alta temperatura basado en compuestos de hidrógeno y cerio, un metal de tierras raras que mantiene la estabilidad a presiones relativamente bajas. La existencia de tales científicos superconductores antes se consideraba imposible. Dedicado al descubrimiento del artículo científico publicado en la revista científica Nature Communications. La TASS informa de ello en relación con el servicio de prensa del Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo.
«Aunque las propiedades superconductoras del superhidruro de cerio se muestran sólo en el enfriamiento a una temperatura negativa de 200 grados centígrados, este material es interesante que es estable a una presión más baja, alrededor de un millón de atmósferas, que los superhidruros de azufre y lantano recibidos anteriormente», – uno de los autores del trabajo, ha comentado el empleado científico del MIPT Ivan Kruglov.
En el camino a la superconductividad
En los últimos años, químicos y físicos han creado varios tipos nuevos de superconductores que funcionan a temperaturas muy altas. Por ejemplo, hace tres años investigadores rusos y alemanes descubrieron que su número incluye el habitual sulfuro de hidrógeno comprimido a varios millones de atmósferas. Para las versiones más exitosas de este compuesto, se acerca a la marca de -70 grados centígrados, que es comparable con las temperaturas en la Antártida.
Tras el descubrimiento de estos compuestos, los científicos necesitaban una nueva teoría para explicar cómo estos materiales conducen la corriente sin pérdidas medibles, ya que la teoría clásica de la superconductividad, que se formuló a mediados del siglo pasado, no permite su existencia.
Hace un año, Kruglov y sus colegas, bajo la dirección del profesor MIPT y del «Skoltech» Artem Oganov, descubrieron que propiedades similares tienen compuestos de hidrógeno y algunos elementos pesados con una estructura especial de capas electrónicas. Estos incluyen uranio, actinio, lantano, itrio, sodio y algunos otros metales.
Más tarde, uno de estos compuestos, el hidruro de lantano, fue sintetizado por un equipo de físicos estadounidenses y rusos. Resultó ser un superconductor de alta temperatura muy interesante, que mantuvo sus propiedades incluso a -23 grados centígrados, lo que empujó a Oganov y a su equipo a seguir investigando.
Célula de hidrógeno
En su nuevo trabajo, los científicos se centraron no en establecer nuevos registros de temperatura, sino en crear materiales basados en hidruros que retengan propiedades superconductoras a presiones relativamente bajas. Tales propiedades, como muestran los cálculos de los químicos rusos, deberían estar presentes en el superhidruro cerio, un compuesto en el que un átomo metálico tiene nueve átomos de hidrógeno.
Para obtener esta sustancia, los químicos han comprimido en un yunque de diamante de cerio y una sustancia que emite hidrógeno cuando se calienta. A medida que aumentaba la presión, los científicos dispararon a esta mezcla de potentes destellos láser, que calentaron el metal a una temperatura de dos mil grados Kelvin. Como resultado, el hidrógeno se une gradualmente al cerio, y su participación en el material aumenta.
Como resultado, dentro del yunque había un superhidruro de cerio con el número «correcto» de átomos de hidrógeno, cuyas propiedades eran totalmente consistentes con las predicciones de Oganov y sus colegas. Como los científicos notan, en esta sustancia, cada uno de los átomos del cerio está rodeado por una peculiar célula esférica de 29 átomos de hidrógeno, los cuales están localizados a una distancia mínima entre sí y están conectados por fuertes enlaces. Una característica similar de la estructura determina sus inusuales propiedades físicas.
Esta sustancia, como han demostrado otros experimentos, se volvió inestable al disminuir la presión por debajo de una marca en 917 mil atmósferas, sin embargo, a valores más altos mantuvo sus propiedades superconductoras. En otras palabras, para convertirlo en un superconductor, era necesario tener casi dos veces menos presión que para los compuestos de azufre y lantano.
Ahora los científicos rusos y sus colegas extranjeros están planeando llevar a cabo una serie de nuevos experimentos, en los que estudiarán las propiedades superconductoras de los hidruros, que contienen no uno sino dos metales. Dado que existen muchas variantes de estos compuestos, los investigadores planean utilizar algoritmos de inteligencia artificial para seleccionar los sistemas triples más prometedores.
