La ricerca degli ambiti superconduttori ad alta temperatura diventerà più facile con una nuova "legge nella legge" scoperta dai ricercatori di Skoltech e MIPT e dai loro colleghi, che ha scoperto un legame tra la posizione di un elemento nella tavola periodica e il suo potenziale per formare un idruro superconduttore ad alta temperatura. Il nuovo articolo è pubblicato sulla rivista Opinione attuale nella scienza dello stato solido e dei materiali . La ricerca è stata supportata dalla Russian Science Foundation.

Materiali superconduttori, con resistenza zero e quindi nessuna dissipazione di energia in calore, sarebbe estremamente utile per la nostra elettronica e le reti elettriche. I magneti superconduttori sono già utilizzati nella macchina per la risonanza magnetica presso l'ospedale locale e negli acceleratori di particelle come il Large Hadron Collider del CERN.

In questo momento ci sono due modi per arrivare alla superconduttività, entrambi agli estremi:temperature molto basse o pressioni molto alte. Alcuni dei superconduttori più "caldi" del primo tipo, cuprati, necessitano ancora di essere raffreddati a circa 100 K (-173 °C), che è ben lontano dalle condizioni normali. Ci sono previsioni secondo cui l'idrogeno metallico può mostrare proprietà superconduttive quasi a temperatura ambiente; la presa è nella pressione richiesta, che è più di 4 milioni di atmosfere, quasi al limite delle nostre capacità tecniche.

Ecco perché gli scienziati stanno esaminando gli idruri, composti di idrogeno e un altro elemento, ed è stato dimostrato che funzionano come superconduttori a temperature relativamente elevate e pressioni più basse. L'attuale record fino a meno 23 gradi C è stato mostrato l'anno scorso per LaH ₁₀ , decaidruro di lantanio, alla pressione di 170 gigapascal, o 1,7 milioni di atmosfere. Anche se le pressioni sono ancora troppo alte per consentire un uso pratico, la ricerca sugli idruri superconduttori ha già importanti implicazioni per altre classi di superconduttori, che potrebbe funzionare a pressione e temperatura normali.

Skoltech Ph.D. lo studente Dmitrii Semenok e Skoltech e il professor Artem R. Oganov del MIPT insieme ai loro colleghi hanno trovato una regola che consente di prevedere la temperatura critica massima del superconduttore, maxT _C , per un idruro metallico basato solo sulla struttura elettronica degli atomi di metallo. Ciò significa che la ricerca di nuovi idruri superconduttori diventerà più semplice.

"La connessione tra la superconduttività e la tavola periodica era inizialmente sconcertante. Non siamo ancora completamente sicuri della sua origine, ma pensiamo che sia perché gli elementi al confine tra s e p o s e d (all'incirca tra il 2° e il 3° gruppo della Tabella) hanno una struttura elettronica insolitamente sensibile al campo cristallino, e questo è perfetto per l'accoppiamento elettrone-fonone, che è la causa della superconduttività negli idruri, " ha detto Artem R. Oganov, coautore dell'opera.

Oltre a scoprire una regola qualitativa, hanno anche addestrato una rete neurale per prevedere maxT _C per i composti per i quali non erano disponibili dati sperimentali o teorici. Per alcuni elementi, i dati precedentemente pubblicati sulla Tc degli idruri sembravano deviare dal comportamento normale. I ricercatori hanno quindi deciso di controllare questi dati utilizzando USPEX, l'algoritmo evolutivo sviluppato da Oganov e dai suoi studenti per prevedere gli idruri termodinamicamente stabili di questi elementi.

"Per gli elementi in cui i valori pubblicati di maxTc erano (in base alla regola scoperta) troppo bassi o troppo alti, il gruppo ha eseguito ricerche sistematiche di idruri stabili. I loro nuovi dati hanno confermato la regola scoperta e hanno prodotto nuovi idruri per il magnesio (Mg), stronzio (Sr), bario (Ba), cesio (Cs) e rubidio (Rb). Ad esempio, una prevista esaidruro di stronzio, SrH ₆ , ha un maxT _C di 189 K (meno 84 gradi C) a 100 GPa, mentre BaH ₁₂ , un teorico superidruro di bario, può avere un maxT . relativamente alto _C fino a 214 K (meno 59 gradi C), " ha detto Alexander Kvashnin, Skoltech e ricercatore senior del MIPT e coautore della ricerca.

All'inizio del 2019, Oganov e i suoi colleghi dalla Russia, gli Stati Uniti e la Cina hanno sintetizzato il superidruro di cerio CeH ₉ , che ha proprietà superconduttive a 100-110 K e ad una pressione (relativamente) bassa di 120 GPa. Un altro superconduttore scoperto dal gruppo di ricerca (Dmitry Semenok, Ivan Trojan, Alexander Kvashnin, Artem R. Oganov, e i loro colleghi), idruro di torio ThH10, ha un'elevata temperatura critica di 161 K.

"Ora, usando la regola appena scoperta e la rete neurale possiamo concentrarci su composti più complessi che sono ancora più promettenti nella nostra ricerca della superconduttività a temperatura ambiente:superidruri ternari che contengono due elementi e idrogeno. Abbiamo già previsto un numero di idruri che possono rivaleggiare o superare LaH ₁₀ , " disse il primo autore dell'opera, Dmitrii Semenok.