• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
02.06.2022
Сколтех
1 185

Ученые успешно предсказали и изучили суперионное соединение с самым высоким содержанием водорода

4.9

В сотрудничестве с учеными из Цзилиньского университета в Китае группа исследователей из Сколтеха под руководством профессора Артема Оганова открыла уникальное соединение — гидрид стронция SrH22. Он содержит рекордное количество водорода и стабилен при давлениях 80–140 ГПа (около миллиона атмосфер). Полученное соединение содержит подвижные атомы водорода, способные переносить заряд.

Стронций / ©Getty images / Автор: Lampronia Auxilius

«Охота» на полигидриды — соединения с высоким содержанием водорода — началась в 2015 году, когда группа ученых из Германии экспериментально доказала, что при давлении в 150 ГПа гидрид серы H2S превращается в новое соединение — тригидрид серы H3S, которое оказалось высокотемпературным сверхпроводником, теряющим электрическое сопротивление при рекордной для того времени температуре 203 кельвина (−70 градусов Цельсия). Это было довольно значительным повышением температуры по сравнению с уже известными сверхпроводниками.

«Конечная цель изучения этих „странных“ соединений — определить те, которые обладают сверхпроводимостью при близкой к комнатной температуре и по крайней мере при высоком, а еще лучше — при низком давлении. Некоторые из лучших известных на сегодняшний день высокотемпературных сверхпроводников, такие как YH6 и (La,Y)H10, были изучены в нашей лаборатории с использованием алгоритма USPEX», — рассказывает профессор Сколтеха Артем Оганов, создатель уникальной программы для предсказания кристаллических структур. Для любой комбинации химических элементов она определяет, какие их соединения стабильны и какие структуры они образуют.

В новой работе ученые обратились к стронцию, чтобы выяснить, может ли он образовывать стабильные полигидриды. Алгоритм USPEX теоретически предсказал, что стабильное соединение SrH22 должно существовать при давлениях 80–140 ГПа. Исследовательская группа профессоров Сяоли Хуана (Xiaoli Huang) и Тянь Цуя (Tian Cui) из Цзилиньского университета провела эксперимент по синтезу этого соединения, легируя молекулярный водород стронцием, то есть добавляя небольшое количество этого металла в качестве примеси. Чтобы подтвердить образование стабильного полигидрида стронция в эксперименте, ученые исследовали его кристаллическую решетку методом рентгеноструктурного анализа. Полученная картина полностью соответствовала кристаллической структуре SrH22.

Схематичное представление эксперимента: под давлением 100 ГПа смесь стронция и молекул водорода превращается в стабильное соединение SrH22 / ©Ухао Чень / Цзилиньский университет

«Эксперимент и теория дополняют друг друга. Экспериментальный подход, основанный на рентгеновской дифракции, не может определить пространственное расположение атомов водорода. Но теория может предсказать как их местоположение, так и динамику, заряд и проводящую способность. В нашем исследовании мы выяснили, что атомы стронция расположены высокоупорядоченно, а атомы водорода „размазаны“ в пространстве, постоянно движутся и в целом ведут себя скорее, как жидкость», — говорит аспирант Сколтеха, первый автор новой статьи, Дмитрий Семенок.

Экспериментально подтвержденный полигидрид стронция SrH22 — самое богатое водородом соединение, известное на сегодняшний день — состоит из молекул H2, распределенных вокруг высокоорганизованной подрешетки стронция. Причем высокая подвижность водорода делает SrH22 хорошим ионным проводником, открывая возможности его использования для электрохимических превращений при высоком давлении. Это позволит получать новые ценные полигидриды, которые невозможно синтезировать напрямую из металлов и водорода. Другим возможным применением сделанного открытия является дизайн новых соединений для водородных аккумуляторов.

«Можно представить, что у нас есть коробка с деталями Lego, мы копаемся в них и пытаемся выяснить, какие детали подойдут для наших задач. Мы выяснили, например, что элементы второй и третьей групп Периодической системы элементов наиболее благоприятны для образования высокотемпературных сверхпроводников. Стронций — как раз один из них, но сейчас мы видим, что в чистом виде он не совсем подходит.

Но гидриды стронция очень интересны с химической точки зрения и, возможно, если их легировать другими металлами с бо́льшим количеством электронов — иттрием, цирконием, титаном — можно будет получить высокотемпературную сверхпроводимость. Таким образом, мы изучили соответствующую „деталь Lego“ и поняли, что она сама по себе не подходит, но в сочетании с чем-то другим может сработать», — поясняет Оганов. 

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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 18:00
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

Позавчера, 16:00
Полина Меньшова

Хотя на предпочтения в литературе влияют образование, круг общения и множество других факторов, частично они могут передаваться по наследству. Ученые из Дании провели исследование и выяснили, какая доля различий в литературных вкусах может зависеть от генетических особенностей.

Вчера, 20:04
Юлия Трепалина

Для профилактики алкоголизма среди молодежи важно не только понимать, что побуждает употреблять спиртное, но и знать, почему молодые люди могут отказываться от выпивки. Более десятка таких причин в недавнем исследовании привели ученые из Соединенных Штатов. Комплексный учет мотивов позволит предупреждать развитие пагубной привычки, отметили специалисты.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

13 июля
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

Вчера, 18:00
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно