Studie untersucht unerforschte Kombination von drei chemischen Elementen für Supraleitung

Skoltech-Forscher und ihre Kollegen vom MIPT und Chinas Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research haben die Stabilität der bizarren Verbindungen von Wasserstoff, Lanthan und Magnesium, die bei sehr hohen Drücken existieren, rechnerisch untersucht. Das Team passte die verschiedenen Drei-Elemente-Kombinationen nicht nur an die Bedingungen an, unter denen sie stabil sind, sondern entdeckte auch fünf völlig neue Verbindungen aus Wasserstoff und entweder Magnesium oder Lanthan.

Veröffentlicht in Materialien heute PhysikDie Studie ist Teil der laufenden Suche nach Raumtemperatur-Supraleitern, deren Entdeckung enorme Folgen für die Energietechnik, das Transportwesen, Computer und mehr hätte.

„In dem bisher unerforschten System aus Wasserstoff, Lanthan und Magnesium ist LaMg3H28 für uns der ‚wärmste‘ Supraleiter. Unter –109 °C, bei etwa 2 Millionen Atmosphären, verliert es seinen elektrischen Widerstand – kein Rekord, aber überhaupt nicht schlecht.“ „weder noch“, kommentierte der Hauptforscher der Studie, Professor Artem R. Oganov von Skoltech.

„Wichtig ist jedoch, dass wir auch eine neue Bestätigung der Gültigkeit einer empirischen Regel liefern, die die Suche nach Hochtemperatur-Supraleitern leitet. Dies ist neben den fünf neuen binären Verbindungen, darunter LaH13 und MgH38, das zentrale Ergebnis der Arbeit höchst exotische Kompositionen, für die es noch keine theoretische Erklärung gibt.“

„Darüber hinaus haben wir einen neuen Ansatz zur Untersuchung sehr großer chemischer Räume vorgeschlagen und dessen Wirksamkeit für das La-Mg-H-System nachgewiesen“, sagte Ivan Kruglov, der diese Studie am MIPT durchführte.

Die durch die Studie bestätigte empirische Regel hat mit der Übertragung von Elektronen von den Metallatomen auf die Wasserstoffatome zu tun. Es wird angenommen, dass die Supraleitung durch die zahlreichen relativ schwachen kovalenten Bindungen zwischen vielen Wasserstoffatomen gefördert wird, die in einem dreidimensionalen Netzwerk verbunden sind.

Allerdings kann ein Wasserstoffatom bis zu ein ganzes Elektron von Lanthan oder Magnesium einfangen und es in ein negatives Hydridion umwandeln, das keine weiteren chemischen Bindungen anstrebt. Wenn Wasserstoff alternativ keine Elektronen von den Metallatomen erhält, befriedigt er diesen Bedarf, indem er mit anderen Wasserstoffatomen H2-Moleküle bildet.

„Es stellt sich heraus, dass durchschnittlich ein Drittel eines Elektrons pro Wasserstoffatom die magische Zahl ist“, sagte Oganov. „Je näher dran, desto besser für die Supraleitung. Das ist schon seit einiger Zeit bekannt, und unsere Studie liefert eine weitere Bestätigung, dieses Mal für ein ziemlich komplexes chemisches System.“