Skoltech-onderzoekers en hun collega's van MIPT en het Chinese Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research hebben computationeel de stabiliteit onderzocht van de bizarre verbindingen van waterstof, lanthaan en magnesium die bij zeer hoge druk bestaan. Naast het afstemmen van de verschillende combinaties van drie elementen op de omstandigheden waarin ze stabiel zijn, ontdekte het team vijf volledig nieuwe verbindingen van waterstof en alleen magnesium of lanthaan.

Gepubliceerd in Materials Today Physics , maakt het onderzoek deel uit van de voortdurende zoektocht naar supergeleiders op kamertemperatuur, waarvan de ontdekking enorme gevolgen zou hebben voor energietechniek, transport, computers en meer.

"In het voorheen onontdekte systeem van waterstof, lanthaan en magnesium vinden we LaMg₃ H₂₈ de ‘warmste’ supergeleider te zijn. Het verliest zijn elektrische weerstand onder –109°C, bij ongeveer 2 miljoen atmosfeer – geen record, maar ook helemaal niet slecht”, aldus de hoofdonderzoeker van het onderzoek, professor Artem R. Oganov van Skoltech.

"Het is echter belangrijk dat we ook een nieuwe bevestiging geven van de geldigheid van een empirische regel die de zoektocht naar supergeleiders met hogere temperaturen stuurt. Dit is de centrale bevinding van het artikel, samen met de vijf nieuwe binaire verbindingen, waaronder LaH₁₃ en MgH₃₈ . Dit zijn zeer exotische composities waarvoor nog een theoretische verklaring moet worden voorgesteld."

"Bovendien hebben we een nieuwe aanpak voorgesteld voor het bestuderen van zeer grote chemische ruimtes, en hebben we de effectiviteit ervan voor het La-Mg-H-systeem aangetoond", zegt Ivan Kruglov, die deze studie bij MIPT uitvoerde.

Wat betreft de empirische regel die door de studie wordt bevestigd, deze heeft te maken met de overdracht van elektronen van de metaalatomen naar de waterstofatomen. Er wordt aangenomen dat de supergeleiding wordt bevorderd door de talrijke relatief zwakke covalente bindingen tussen veel waterstofatomen, verbonden in een 3D-netwerk.

Een waterstofatoom kan echter maximaal één volledig elektron uit lanthaan of magnesium opvangen, waardoor het in een negatief hydride-ion verandert dat geen verdere chemische bindingen zoekt. Als alternatief, als waterstof geen elektronen van de metaalatomen krijgt, voldoet het aan die behoefte door H₂ te vormen moleculen met andere waterstofatomen.

"Het blijkt dat gemiddeld een derde van een elektron per waterstofatoom het magische getal is", zei Oganov. "Hoe dichterbij dit punt, hoe beter voor de supergeleiding. Dit wordt al een tijdje opgemerkt en ons onderzoek levert wederom een ​​bevestiging op, dit keer op een tamelijk complex chemisch systeem."

Meer informatie: Grigoriy M. Shutov et al, Ternaire supergeleidende hydriden in het La–Mg–H-systeem, Materials Today Physics (2023). DOI:10.1016/j.mtphys.2023.101300

Aangeboden door Skolkovo Instituut voor Wetenschap en Technologie