Berekeningen uitgevoerd door een internationaal team van onderzoekers uit Spanje, Italië, Frankrijk, Duitsland, en Japan laten zien dat de kristalstructuur van de record supergeleidende LaH10-verbinding wordt gestabiliseerd door atomaire kwantumfluctuaties. Dit resultaat suggereert dat supergeleiding die kamertemperatuur benadert mogelijk is in waterstofrijke verbindingen bij veel lagere drukken dan eerder werd verwacht met klassieke berekeningen. De resultaten worden vandaag gepubliceerd in Natuur .

Het bereiken van supergeleiding bij kamertemperatuur is een van de grootste dromen in de natuurkunde. De ontdekking ervan zou een technologische revolutie teweegbrengen door elektrisch vervoer zonder verlies, ultra-efficiënte elektrische motoren of generatoren, evenals de mogelijkheid om enorme magnetische velden te creëren zonder koeling. De recente ontdekkingen van supergeleiding, eerst bij 200 kelvin in waterstofsulfide en later bij 250 kelvin in LaH10, hebben de aandacht voor deze materialen aangewakkerd. hoop op het bereiken van kamertemperatuur binnenkort. Het is nu duidelijk dat waterstofrijke verbindingen hoge temperatuur supergeleiders kunnen zijn. In ieder geval bij hoge druk:beide ontdekkingen werden gedaan boven de 100 gigapascal, een miljoen keer atmosferische druk.

De 250 kelvin (-23ºC) verkregen in LaH10, de gebruikelijke temperatuur waarbij thuisvriezers werken, is de heetste temperatuur waarvoor supergeleiding ooit is waargenomen. De mogelijkheid van supergeleiding bij hoge temperatuur in LaH10, een superhydride gevormd door lanthaan en waterstof, werd geanticipeerd door kristalstructuurvoorspellingen in 2017. Deze berekeningen suggereerden dat boven 230 gigapascal een zeer symmetrische LaH10-verbinding (Fm-3m-ruimtegroep), met een waterstofkooi die de lanthaanatomen omsluit (zie figuur), zou worden gevormd. Er werd berekend dat deze structuur zou vervormen bij lagere drukken, het zeer symmetrische patroon doorbreken. Echter, experimenten uitgevoerd in 2019 waren in staat om de zeer symmetrische verbinding bij veel lagere drukken te synthetiseren, van 130 en 220 gigapascal, en om supergeleiding rond 250 kelvin in dit drukbereik te meten. De kristalstructuur van de platensupergeleider, en dus zijn supergeleiding, bleef dus niet helemaal duidelijk.

Nutsvoorzieningen, dankzij de nieuwe resultaten gepubliceerd in Natuur , we weten dat atomaire kwantumfluctuaties de symmetrische structuur van LaH10 "verlijmen" in het hele drukbereik waarin supergeleiding is waargenomen. Meer gedetailleerd, de berekeningen laten zien dat als atomen worden behandeld als klassieke deeltjes, dat is, als eenvoudige punten in de ruimte, veel vervormingen van de structuur hebben de neiging om de energie van het systeem te verlagen. Dit betekent dat het klassieke energielandschap zeer complex is, met veel minima (zie figuur), als een sterk vervormde matras omdat er veel mensen op staan. Echter, wanneer atomen worden behandeld als kwantumobjecten, die worden beschreven met een gedelokaliseerde golffunctie, het energielandschap wordt volledig hervormd:er is slechts één minimum zichtbaar (zie figuur), wat overeenkomt met de zeer symmetrische Fm-3m-structuur. op de een of andere manier, kwantumeffecten verwijderen iedereen in de matras behalve één persoon, die de matras slechts op één punt vervormt.

Verder, de schattingen van de kritische temperatuur met behulp van het kwantumenergielandschap komen bevredigend overeen met het experimentele bewijs. Dit ondersteunt verder de Fm-3m-structuur met hoge symmetrie als verantwoordelijk voor het supergeleidende record.