Ученые узнали все способы «спрессовать» лантан, магний и водород в кристалл, нашли сверхпроводники и новые материалы

❋ 4.5

Исследователи из Сколтеха и их коллеги из МФТИ и китайского Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления изучили с использованием суперкомпьютера устойчивость причудливых соединений водорода, лантана и магния, которые существуют при высоких давлениях. Работа показывает, при каких условиях стабильны образованные этими тремя элементами соединения. Некоторые из них являются сверхпроводниками, а пять гидридов или лантана, или магния — без атомов второго металла — описаны учеными впервые.

Сколтех

# водород

# кристалл

# лантан

# магний

# материалы

# сверхпроводники

Кристаллические структуры гидридов лантана-магния. Слева направо — LaMgH8, La2MgH12, La3MgH16 и LaMg3H28 / © Григорий Шутов и другие / Materials Today Physics / Автор: Caristania Fabricius

Исследование, которое коллектив опубликовал в журнале Materials Today Physics, продолжает поиск сверхпроводников, которые бы работали при комнатной температуре. Открытие таких материалов будет иметь колоссальные последствия для электроэнергетики, транспорта, компьютерной техники и других областей науки и техники.

«В системе магний-лантан-водород, которая прежде не исследовалась, самым высокотемпературным сверхпроводником оказался LaMg3H28. У этого материала электрическое сопротивление становится нулевым при охлаждении до −109 градусов и давлении два миллиона атмосфер. Такая температура сверхпроводящего перехода — не рекорд, но тоже вполне неплохо, — прокомментировал работу научный руководитель исследования, профессор Сколтеха Артем Оганов. — Но важно отметить, что мы, помимо прочего, получили свежее подтверждение одного эмпирического правила, которое помогает искать новые высокотемпературные сверхпроводники. Основное достижение в этом, а также в открытии пяти новых бинарных, то есть двухэлементных, соединений, в том числе LaH13 и MgH38. Эти формулы даже для нас выглядят весьма экзотически, и еще предстоит найти им теоретическое обоснование».

«Кроме того, мы предложили новый подход для изучения сверхбольших химических пространств и показали его эффективность на системе La-Mg-H», — добавил сотрудник МФТИ Иван Круглов, один из авторов работы.

Что касается упомянутого эмпирического правила, которое удалось подтвердить исследователям, оно связано с переносом электронов: в данном случае атомы водорода забирают электроны у атомов обоих металлов. Так вот, считается, что для максимума сверхпроводимости в подобного рода веществах нужны слабые ковалентные связи между атомами водорода, образующие объемную сеть. С другой стороны, атом водорода может забрать целый электрон у лантана или магния — получится гидрид-анион, то есть отрицательный ион водорода, который уже не стремится образовывать химических связей. Или же, не получив электронов от металла, атомы водорода удовлетворят свою потребность в химических связях, образуя молекулы H2. Ни в первом, ни во втором случае ожидать высокотемпературной сверхпроводимости не приходится.

«Оказывается, что есть своего рода золотая середина, когда на каждый атом водорода приходится в среднем одна треть электрона, — объяснил Оганов. — Чем ближе к этому значению, тем лучше для сверхпроводимости. На эту особенность обратили внимание какое-то время назад, и своей новой работой мы подтверждаем правило, причем на сравнительно сложной химической системе». Освещенное в пресс-релизе исследование поддержано грантами Российского научного фонда.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.