Onderzoekers uit de VS, Rusland, en China hebben de regels van de klassieke scheikunde omgebogen en een "verboden" verbinding van cerium en waterstof gesynthetiseerd - CeH ₉ - die supergeleiding vertoont bij een relatief lage druk van 1 miljoen atmosfeer. Het papier kwam binnen Natuurcommunicatie .

Supergeleiders zijn materialen die een elektrische stroom kunnen geleiden zonder enige weerstand. Ze zitten achter de krachtige elektromagneten in deeltjesversnellers, maglev treinen, MRI-scanners, en zou theoretisch stroomlijnen mogelijk kunnen maken die elektriciteit van A naar B leveren zonder de kostbare kilowatts te verliezen aan thermische dissipatie.

Helaas, de tegenwoordig bekende supergeleiders kunnen alleen werken bij zeer lage temperaturen (onder -138 graden Celsius), en het laatste record (-13 graden Celsius) vereist extreem hoge drukken van bijna 2 miljoen atmosfeer. Dit beperkt de reikwijdte van hun mogelijke toepassingen en maakt de beschikbare supergeleidende technologieën duur, aangezien het een uitdaging is om hun vrij extreme bedrijfsomstandigheden te handhaven.

Theoretische voorspellingen suggereren dat waterstof een potentiële kandidaat is voor supergeleiding bij kamertemperatuur. Echter, waterstof in een supergeleidende toestand brengen zou een enorme druk van zo'n 5 miljoen atmosfeer vergen; vergelijken met 3,6 miljoen atmosferen in het centrum van de aarde. Zo hard gecomprimeerd, het zou in een metaal veranderen, maar dat zou het doel van werken onder standaardomstandigheden tenietdoen.

"Het alternatief voor het metalliseren van waterstof is de synthese van zogenaamde "verboden" verbindingen van een element - lanthaan, zwavel, uranium, cerium, enz. - en waterstof, met meer atomen van de laatste dan de klassieke chemie toelaat. Dus normaal gesproken we zouden kunnen praten over een stof met een formule als CeH ₂ of CeH ₃ . Maar ons ceriumsuperhydride - CeH ₉ —bevat aanzienlijk meer waterstof, het voorzien van opwindende eigenschappen, " legde een auteur van de studie uit, Professor Artem R. Oganov van Skoltech en het Moskouse Instituut voor Natuurkunde en Technologie (MIPT).

Aangezien materiaalwetenschappers supergeleiding nastreven bij hogere temperaturen en lagere drukken, het een kan ten koste gaan van het ander. "Terwijl ceriumsuperhydride pas supergeleidend wordt als het is afgekoeld tot -200 graden Celsius, dit materiaal is opmerkelijk omdat het stabiel is bij een druk van 1 miljoen atmosfeer - minder dan wat de eerder gesynthetiseerde zwavel- en lanthaansuperhydriden nodig hebben. Anderzijds, uraniumsuperhydride is stabiel bij een nog lagere druk, maar heeft aanzienlijk meer koeling nodig, " voegde co-auteur Ivan Kruglov toe, een onderzoeker bij MIPT en Dukhov Research Institute of Automatics.

Om hun "onmogelijke" supergeleider te synthetiseren, de wetenschappers plaatsten een microscopisch monster van het metalen cerium in een diamanten aambeeldcel, samen met een chemische stof die bij verhitting waterstof afgeeft - in dit geval met een laser. Het ceriummonster werd tussen twee platte diamanten geperst om de voor de reactie benodigde druk mogelijk te maken. Naarmate de druk groeide, ceriumhydriden met een steeds groter aandeel waterstof gevormd in de reactor:CeH ₂ , CeH ₃ , enzovoort.

Het team gebruikte vervolgens röntgendiffractie-analyse om de posities van de ceriumatomen te onderscheiden en zo indirect de structuur van de nieuwe verbinding te onthullen. De CeH ₉ kristalrooster is samengesteld uit kooien van 29 waterstofatomen in een bijna bolvormige formatie. De atomen in elke kooi worden bij elkaar gehouden door covalente bindingen, niet anders dan die in de bekende H ₂ molecuul van het waterstofgas, maar wat zwakker. Elke kooi biedt een holte die één ceriumatoom herbergt

De komst van USPEX, ontwikkeld door Skoltech en MIPT's Artem Oganov, en andere computeralgoritmen die de kristalstructuur van voorheen ongehoorde "verboden" verbindingen voorspellen, hebben onderzoekers in staat gesteld om de enkelvoudige metaalhydriden tot in de kleinste details te bestuderen. De volgende stap is het toevoegen van een derde element aan de mix:de drievoudige verbindingen van waterstof en twee metalen zijn onbekend terrein. Omdat het aantal mogelijke combinaties groot is, onderzoekers overwegen AI-algoritmen te gebruiken om de meest veelbelovende kandidaten te selecteren.