Gli scienziati hanno creato nuovi composti superconduttori di idrogeno e praseodimio, un metallo delle terre rare, una sostanza è piuttosto una sorpresa dal punto di vista della chimica classica. Lo studio ha aiutato a trovare i metalli ottimali per i superconduttori a temperatura ambiente. I risultati sono stati pubblicati in Progressi scientifici .

Una teoria che si è evoluta negli ultimi 15 anni presuppone che i composti dell'idrogeno (idruri) possano creare eccellenti superconduttori, ovvero sostanze che non hanno resistenza elettrica una volta raffreddate ad una certa temperatura e sono in grado di trasportare elettricità senza perdite, che è particolarmente prezioso per le reti elettriche. Però, il punto critico che gli scienziati stanno ancora cercando di risolvere è la temperatura alla quale una sostanza raggiunge la superconduttività. Per la maggior parte dei composti è molto basso, quindi i superconduttori utilizzati nella vita reale sono tipicamente raffreddati con elio liquido utilizzando apparecchiature complesse e costose. I fisici sono impegnati nella ricerca di una sostanza che raggiunga la superconduttività a temperatura ambiente. Uno dei probabili candidati è l'idrogeno metallico, ma la pressione necessaria per produrlo supera i 4 milioni di atmosfere!

Un gruppo di scienziati russi di Skoltech e ricercatori cinesi dell'Università di Jilin hanno pubblicato un documento con i risultati della loro ricerca con i primi autori Dmitry Semenok e Di Zhou. Il loro team ha creato composti di idrogeno e praseodimio, un metallo della serie dei lantanidi, e studiato le loro proprietà fisiche. Gli autori hanno sintetizzato diversi composti con diversi rapporti di atomi per ciascun elemento. Per fare questo, hanno posto campioni di praseodimio e idrogeno in una camera speciale dove sono stati premuti tra due diamanti a forma di cono in modo che la pressione aumentasse a 40 GPa, e sono stati riscaldati al laser.

Gli elementi si sono compressi e hanno reagito per formare il composto PrH3. Il rovescio della medaglia è che i diamanti tendono a diventare troppo fragili e a rompersi quando entrano in contatto con l'idrogeno. Gli scienziati hanno quindi sostituito l'idrogeno puro con borano di ammonio, un composto contenente una grande quantità di idrogeno prontamente rilasciato quando riscaldato e reagendo con praseodimio. I ricercatori hanno scoperto che questo metodo è più efficace e hanno continuato a usarlo in ulteriori esperimenti. Aumentando la pressione, hanno ottenuto PrH9. Prima, avevano sintetizzato composti di idrogeno e lantanio, un altro metallo della stessa serie, utilizzando la stessa tecnica. Le molecole che hanno ottenuto sono speciali in quanto sono un "fuorilegge" nella chimica classica, in quanto non obbediscono alle sue regole. Anche se la struttura elettronica dell'atomo di praseodimio è tale da non permettergli di legarsi con molti altri atomi, l'esistenza di tali composti "impropri" può essere prevista da complessi calcoli quantistici e dimostrata da esperimenti.

Anche, gli scienziati hanno studiato la superconduttività delle nuove sostanze misurando la resistenza elettrica a diverse temperature e pressioni e hanno scoperto che l'idruro di praseodimio diventa superconduttore a -264 °C, che è molto più basso rispetto a LaH10, sebbene i due composti siano simili sia chimicamente che strutturalmente. Gli autori hanno esaminato le ragioni della differenza nelle caratteristiche confrontando i loro risultati con altri studi e hanno scoperto che la posizione del metallo nella tavola periodica e le sue proprietà giocano un ruolo fondamentale. È emerso che gli atomi di praseodimio agiscono come donatori di elettroni:a differenza dei loro vicini, lantanio e cerio, portano piccoli momenti magnetici che sopprimono la superconduttività che può ancora verificarsi, anche se a temperature più basse.

"Abbiamo applicato il metodo utilizzato in precedenza per sintetizzare gli idruri di lantanio e siamo riusciti a creare nuovi idruri di praseodimio metallici superconduttori. Abbiamo tratto due conclusioni principali. Primo, puoi ottenere composti anomali con composizioni che non hanno nulla a che fare con la valenza; questo è, il numero di legami che un atomo può avere con altri atomi. Secondo, abbiamo convalidato il nuovo principio per la creazione di superconduttori. Abbiamo scoperto che i metalli della "zona di labilità" situata tra i gruppi II e III della tavola periodica sono i migliori candidati. Gli elementi più vicini alla "zona di labilità" sono il lantanio e il cerio. Andando avanti, si procederà da questa scoperta per ottenere nuovi superconduttori ad alta temperatura, " ha detto Skoltech e professore MIPT, Artem Oganov.