La búsqueda de codiciados superconductores de alta temperatura será más fácil con una nueva 'ley dentro de una ley' descubierta por los investigadores de Skoltech y MIPT y sus colegas. quien descubrió un vínculo entre la posición de un elemento en la tabla periódica y su potencial para formar un hidruro superconductor de alta temperatura. El nuevo artículo se publica en la revista Opinión actual en ciencia de materiales y estado sólido . La investigación fue apoyada por la Russian Science Foundation.

Materiales superconductores, con resistencia cero y, por lo tanto, sin disipación de energía al calor, sería de gran utilidad para nuestra electrónica y redes eléctricas. Los imanes superconductores ya se utilizan en la máquina de resonancia magnética de su hospital local y en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.

Ahora mismo hay dos formas de llegar a la superconductividad, ambos en los extremos:temperaturas muy bajas o presiones muy altas. Algunos de los superconductores "más cálidos" del primer tipo, cupratos, todavía requieren ser enfriados a unos 100 K (-173 ° C), que está muy lejos de las condiciones normales. Hay predicciones de que el hidrógeno metálico puede mostrar propiedades superconductoras casi a temperatura ambiente; la captura está en la presión requerida, que es más de 4 millones de atmósferas, casi al límite de nuestras capacidades técnicas.

Es por eso que los científicos están buscando hidruros, compuestos de hidrógeno y otro elemento, y se ha demostrado que funcionan como superconductores a temperaturas relativamente altas y presiones más bajas. El récord actual de hasta menos 23 grados C se mostró el año pasado para LaH ₁₀ , decahidruro de lantano, a la presión de 170 gigapascales, o 1,7 millones de atmósferas. Aunque las presiones siguen siendo demasiado altas para permitir un uso práctico, La investigación en hidruros superconductores ya tiene importantes implicaciones para otras clases de superconductores, que podría funcionar a presión y temperatura normales.

Ph.D. de Skoltech El estudiante Dmitrii Semenok y Skoltech y el profesor MIPT Artem R. Oganov junto con sus colegas han encontrado una regla que permite predecir la temperatura crítica máxima superconductora, maxT _C , para un hidruro metálico basado únicamente en la estructura electrónica de los átomos metálicos. Esto significa que la búsqueda de nuevos hidruros superconductores será más fácil.

"La conexión entre la superconductividad y la tabla periódica fue desconcertante al principio. Todavía no estamos completamente seguros de su origen, pero creemos que se debe a que los elementos en el límite entre s- y p- o s- y d-elementos (aproximadamente entre el segundo y tercer grupo de la Tabla) tienen una estructura electrónica inusualmente sensible al campo cristalino, y esto es perfecto para el acoplamiento electrón-fonón, que es la causa de la superconductividad en hidruros, "dijo Artem R. Oganov, coautor del trabajo.

Además de descubrir una regla cualitativa, también entrenaron una red neuronal para predecir maxT _C para compuestos para los que no se disponía de datos experimentales o teóricos. Para algunos elementos, Los datos publicados anteriormente sobre la Tc de los hidruros parecían desviarse del comportamiento habitual. Luego, los investigadores se dispusieron a verificar estos datos utilizando USPEX, el algoritmo evolutivo desarrollado por Oganov y sus estudiantes para predecir hidruros termodinámicamente estables de estos elementos.

"Para los elementos en los que los valores publicados de maxTc eran (según la regla descubierta) demasiado bajos o demasiado altos, el grupo realizó búsquedas sistemáticas de hidruros estables. Sus nuevos datos confirmaron la regla descubierta y produjeron nuevos hidruros para magnesio (Mg), estroncio (Sr), bario (Ba), cesio (Cs) y rubidio (Rb). Por ejemplo, un hexahidruro de estroncio previsto, SrH ₆ , tiene un maxT _C de 189 K (menos 84 grados C) a 100 GPa, mientras que BaH ₁₂ , un superhidruro de bario teórico, puede tener un maxT relativamente alto _C hasta 214 K (menos 59 grados C), "dijo Alexander Kvashnin, Skoltech y científico investigador senior del MIPT y coautor de la investigación.

A principios de 2019, Oganov y sus colegas de Rusia, Estados Unidos y China sintetizaron superhidruro de cerio CeH ₉ , que tiene propiedades superconductoras a 100-110 K y a una presión (relativamente) baja de 120 GPa. Otro superconductor descubierto por el grupo de investigación (Dmitry Semenok, Ivan Troyan, Alexander Kvashnin, Artem R. Oganov, y sus colegas), hidruro de torio ThH10, tiene una temperatura crítica alta de 161 K.

"Ahora, utilizando la regla recién descubierta y la red neuronal, podemos centrarnos en compuestos más complejos que son aún más prometedores en nuestra búsqueda de superconductividad a temperatura ambiente:superhídridos ternarios que contienen dos elementos e hidrógeno. Ya hemos predicho una serie de hidruros que pueden rivalizar o superar a LaH ₁₀ , "dijo el primer autor de la obra, Dmitrii Semenok.