Los científicos han creado nuevos compuestos superconductores de hidrógeno y praseodimio, un metal de tierras raras, siendo una sustancia una gran sorpresa desde la perspectiva de la química clásica. El estudio ayudó a encontrar los metales óptimos para los superconductores a temperatura ambiente. Los resultados fueron publicados en Avances de la ciencia .

Una teoría que ha evolucionado en los últimos 15 años supone que los compuestos de hidrógeno (hidruros) pueden ser excelentes superconductores, es decir, sustancias que tienen una resistencia eléctrica nula cuando se enfrían a una cierta temperatura y son capaces de transportar electricidad sin pérdidas, que es particularmente valioso para las redes eléctricas. Sin embargo, el punto de fricción que los científicos todavía se esfuerzan por resolver es la temperatura a la que una sustancia alcanza la superconductividad. Para la mayoría de los compuestos es muy bajo, por lo que los superconductores que se usan en la vida real generalmente se enfrían con helio líquido utilizando equipos complejos y costosos. Los físicos están ocupados buscando una sustancia que alcance la superconductividad a temperatura ambiente. Uno de los posibles candidatos es el hidrógeno metálico, ¡pero la presión necesaria para producirla supera los 4 millones de atmósferas!

Un grupo de científicos rusos de Skoltech e investigadores chinos de la Universidad de Jilin publicaron un artículo con los resultados de su investigación con los primeros autores Dmitry Semenok y Di Zhou. Su equipo creó compuestos de hidrógeno y praseodimio, un metal de la serie de lantánidos, y estudió sus propiedades físicas. Los autores sintetizaron varios compuestos con diferentes proporciones de átomos para cada elemento. Para hacer esto, colocaron muestras de praseodimio e hidrógeno en una cámara especial donde se presionaron entre dos diamantes en forma de cono para que la presión aumentara a 40 GPa, y fueron calentados con láser.

Los elementos se comprimieron y reaccionaron para formar el compuesto PrH3. La desventaja es que los diamantes tienden a volverse demasiado frágiles y romperse cuando entran en contacto con el hidrógeno. Luego, los científicos reemplazaron el hidrógeno puro con borano de amonio, un compuesto que contiene una gran cantidad de hidrógeno que se libera fácilmente cuando se calienta y reacciona con el praseodimio. Los investigadores encontraron que este método era más efectivo y continuaron usándolo en experimentos adicionales. Al aumentar la presión, obtuvieron PrH9. Más temprano, habían sintetizado compuestos de hidrógeno y lantano, otro metal de la misma serie, utilizando la misma técnica. Las moléculas que obtuvieron son especiales porque son un "proscrito" en la química clásica, ya que no obedecen sus reglas. Aunque la estructura electrónica del átomo de praseodimio es tal que no le permite unirse con muchos otros átomos, la existencia de tales compuestos "impropios" puede predecirse mediante complejos cálculos cuánticos y demostrarse mediante experimentos.

También, los científicos investigaron la superconductividad de las nuevas sustancias midiendo la resistencia eléctrica a diferentes temperaturas y presiones y encontraron que el hidruro de praseodimio se vuelve superconductor a -264 ° C, que es mucho más bajo en comparación con LaH10, aunque los dos compuestos son similares tanto química como estructuralmente. Los autores analizaron las razones de la diferencia en las características comparando sus resultados con otros estudios y encontraron que la posición del metal en la tabla periódica y sus propiedades juegan un papel fundamental. Resultó que los átomos de praseodimio actúan como donantes de electrones:a diferencia de sus vecinos, lantano y cerio, llevan pequeños momentos magnéticos que suprimen la superconductividad que aún puede ocurrir, aunque a temperaturas más bajas.

"Aplicamos el método utilizado anteriormente para sintetizar hidruros de lantano y logramos crear nuevos hidruros de praseodimio metálico superconductores. Llegamos a dos conclusiones principales. Primero, se pueden obtener compuestos anormales con composiciones que no tienen nada que ver con la valencia; es decir, el número de enlaces que un átomo puede tener con otros átomos. Segundo, validamos el nuevo principio para crear superconductores. Encontramos que los metales de la "zona de labilidad" ubicados entre los grupos II y III de la tabla periódica son los mejores candidatos. Los elementos más cercanos a la "zona de labilidad" son el lantano y el cerio. Avanzando, procederemos de este hallazgo para obtener nuevos superconductores de alta temperatura, "dijo Skoltech y profesor de MIPT, Artem Oganov.