De wetenschap zet een stap voorwaarts in de zoektocht naar supergeleiders die geen ultrahoge druk nodig hebben om te functioneren, dankzij multinationaal onderzoek onder leiding van Xiaojia Chen van de Universiteit van Houston.

"Het is lange tijd het doel van supergeleidingsonderzoekers geweest om de kritische controles die momenteel nodig zijn met betrekking tot temperatuur en druk te vergemakkelijken of zelfs te elimineren", zegt Chen, MD Anderson hoogleraar natuurkunde aan het UH's College of Natural Sciences and Mathematics en hoofdonderzoeker aan het Texas Center. voor supergeleiding bij UH.

De evolutie naar het elimineren van de huidige speciale behandeling die nu nodig is voor supergeleidend materiaal – dat wordt gedefinieerd als materiaal dat weinig of geen impedantie biedt tegen elektrische weerstand of magnetische velden – duidt erop dat het potentieel voor radicale efficiëntieverbeteringen voor bepaalde processen in onderzoek, gezondheidszorg, industrie en andere commerciële ondernemingen zouden binnenkort werkelijkheid kunnen worden.

Maar momenteel overtreffen de voorwaarden die nodig zijn voor succesvolle supergeleiding de middelen van veel potentiële gebruikers, zelfs veel onderzoekslaboratoria.

Chen legt uit dat het verlagen van de toegankelijke druk voor supergeleiding een belangrijk doel is van de huidige onderzoeken naar hydriden. "Maar de experimenten worden nog steeds uitgedaagd om een ​​reeks overtuigend bewijsmateriaal te leveren," zei hij.

"Er is bijvoorbeeld gerapporteerd dat hydriden van zeldzame aardmetalen supergeleiding vertonen bij kamertemperatuur. Dit is gebaseerd op de waarnemingen van twee essentiële kenmerken:de nulweerstandstoestand en het Meissner-effect," zei Chen.

(Het Meissner-effect, ontdekt in 1933, herkent een afname of omkering van het magnetisme naarmate een materiaal supergeleiding bereikt, waardoor natuurkundigen een methode krijgen om de verandering te meten.)

"Deze supergeleidende zeldzame aardmetalen presteerden echter alleen onder extreem hoge druk op het doel. Om vooruitgang te boeken, moeten we de synthesedruk zo laag mogelijk verlagen, idealiter afhankelijk van de omstandigheden in de atmosfeer", legt Chen uit.

Het team van Chen vond hun doorbraak met hun keuze voor geleidende media:hydridelegeringen, dit zijn in het laboratorium gemaakte metallische stoffen die waterstofmoleculen met twee elektronen bevatten. Concreet werkten ze met yttrium-ceriumhydriden (Y_0,5 Ce_0,5 H₉ ) en lanthaan-ceriumhydriden (La_0,5 Ce_0,5 H₁₀ ).

Er werd aangenomen dat de toevoeging van Cerium (Ce) een belangrijk verschil maakte.

"Deze waarnemingen werden gesuggereerd vanwege het verbeterde chemische pre-compressie-effect door de introductie van het Ce-element in deze superhydriden", legt Chen uit.

Twee tijdschriftartikelen beschrijven de bevindingen van het team. De meer recente, in Nature Communications , richt zich op yttrium-ceriumhydriden; de andere, in Journal of Physics:Condensed Matter , concentreert zich op lanthaan-ceriumhydriden.

Het team heeft ontdekt dat deze supergeleiders relatief hoge overgangstemperaturen kunnen handhaven. Met andere woorden:de lanthaan-ceriumhydriden en yttrium-ceriumhydriden zijn in staat tot supergeleiding onder minder extreme omstandigheden (bij lagere druk maar met behoud van een relatief hogere overgangstemperatuur) dan voorheen mogelijk was.

"Dit brengt ons vooruit in onze evolutie naar werkbare en relatief beschikbare supergeleidende media", zei Chen. "We hebben onze bevindingen onderworpen aan meerdere metingen van het elektrisch transport, synchrotron-röntgendiffractie, Raman-verstrooiing en theoretische berekeningen. De tests bevestigden dat onze resultaten consistent blijven."

"Deze bevinding wijst op een route naar supergeleiding bij hoge temperaturen die toegankelijk kan zijn in veel huidige laboratoriumomgevingen", legt Chen uit. Het hydride-onderzoek verlegt de grens veel verder dan de erkende norm die wordt gesteld door koperoxiden (ook bekend als cupraat).

"We hebben nog een weg te gaan om echte omgevingsomstandigheden te bereiken. Het doel blijft om supergeleiding te bereiken bij kamertemperatuur en onder een druk die gelijkwaardig is aan onze vertrouwde atmosfeer op grondniveau. Het onderzoek gaat dus door", aldus Chen.

Meer informatie: Liu-Cheng Chen et al, Synthese en supergeleiding in yttrium-ceriumhydriden bij hoge druk, Natuurcommunicatie (2024). DOI:10,1038/s41467-024-46133-x

Ge Huang et al, Synthese van de supergeleidende fase van La0.5Ce0.5H10 bij hoge druk, Journal of Physics:Condensed Matter (2023). DOI:10.1088/1361-648X/ad0915

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Universiteit van Houston