I ricercatori di Skoltech e i loro colleghi del MIPT e del Centro cinese per la ricerca avanzata sulla scienza e la tecnologia ad alta pressione hanno esplorato computazionalmente la stabilità dei bizzarri composti di idrogeno, lantanio e magnesio che esistono a pressioni molto elevate. Oltre ad abbinare le varie combinazioni di tre elementi alle condizioni in cui sono stabili, il team ha scoperto cinque composti completamente nuovi di idrogeno e solo magnesio o lantanio.
Pubblicato in Materiali Oggi Fisica , lo studio fa parte della ricerca continua di superconduttori a temperatura ambiente, la cui scoperta avrebbe enormi conseguenze per l'ingegneria energetica, i trasporti, i computer e altro ancora.
"Nel sistema precedentemente inesplorato di idrogeno, lantanio e magnesio troviamo LaMg3 H28 essere il superconduttore più "caldo". Perde resistenza elettrica al di sotto di -109°C, a circa 2 milioni di atmosfere:non un record, ma neanche così male," ha commentato il ricercatore principale dello studio, il professor Artem R. Oganov di Skoltech.
"È importante sottolineare, però, che forniamo anche una nuova conferma della validità di una regola empirica che guida la ricerca di superconduttori a temperatura più elevata. Questa è la scoperta centrale dell'articolo, insieme ai cinque nuovi composti binari, tra cui LaH13 e MgH38 . Si tratta di composizioni altamente esotiche per le quali una spiegazione teorica deve ancora essere proposta."
"Inoltre, abbiamo proposto un nuovo approccio per lo studio di spazi chimici molto ampi e ne abbiamo dimostrato l'efficacia per il sistema La-Mg-H", ha affermato Ivan Kruglov, che ha condotto questo studio al MIPT.
Per quanto riguarda la regola empirica confermata dallo studio, si tratta del trasferimento di elettroni dagli atomi di metallo agli atomi di idrogeno. Si ritiene che ciò che promuove la superconduttività siano i numerosi legami covalenti relativamente deboli tra molti atomi di idrogeno, collegati in una rete 3D.
Tuttavia, un atomo di idrogeno può catturare fino a un intero elettrone dal lantanio o dal magnesio, trasformandolo in uno ione idruro negativo che non cerca ulteriori legami chimici. In alternativa, se l'idrogeno non ottiene elettroni dagli atomi metallici, soddisfa tale necessità formando H2 molecole con altri atomi di idrogeno.
"Si scopre che una media di un terzo di un elettrone per atomo di idrogeno è il numero magico", ha detto Oganov. "Più ci si avvicina, meglio è per la superconduttività. Questo è stato notato da tempo e il nostro studio fornisce ancora un'altra conferma, questa volta su un sistema chimico abbastanza complesso."
Ulteriori informazioni: Grigoriy M. Shutov et al, Idruri superconduttori ternari nel sistema La–Mg–H, Materials Today Physics (2023). DOI:10.1016/j.mtphys.2023.101300
Fornito dall'Istituto di scienza e tecnologia Skolkovo
