Les matériaux supraconducteurs se caractérisent par le fait qu’ils perdent leur résistance électrique en dessous d’une certaine température, dite température de transition. En principe, ils seraient idéaux pour transporter l’énergie électrique sur de très longues distances du producteur d’électricité au consommateur.
De nombreux défis énergétiques seraient résolus d’un seul coup : par exemple, l’électricité produite par les éoliennes sur la côte pourrait être acheminée vers l’intérieur des terres sans pertes. Cependant, cela ne serait possible que si des matériaux possédant des propriétés supraconductrices étaient disponibles à des températures ambiantes et ambiantes normales.
En 2019, une température de transition inhabituellement élevée de moins 23 degrés Celsius a été mesurée lors d’expériences coordonnées par l’Institut Max Planck de Mayence. La mesure a eu lieu à une pression de compression de 170 gigapascals, soit 1,7 million de fois supérieure à la pression de l’atmosphère terrestre. Le matériau était un hydrure de lanthane (LaH10+δ), un composé d’atomes de lanthane métallique avec des atomes d’hydrogène. Le rapport sur ces expériences et d’autres rapports similaires restent très controversés. Ils ont suscité à l’échelle internationale un grand intérêt pour la recherche sur les hydrures de lanthane de compositions et de structures différentes.
La nouvelle étude, publiée dans Communication Nature, reprend cet axe de recherche. Les données de mesure de 2019 suggèrent que d’autres hydrures de lanthane supraconducteurs se forment également sous des pressions de compression très élevées.
Ces considérations ont maintenant été confirmées : un total de sept hydrures de lanthane ont été produits dans le laboratoire à haute pression de l’Institut bavarois de recherche en géochimie et géophysique expérimentales (BGI) : les deux composés déjà connus LaH10+δ et LaH3, et le composé jusque-là inconnu hydrures de lanthane LaH~4, LaH4+δ, La4H23, LaH6+δ et LaH9+δ.
Tous ces composés ont été formés à partir d’échantillons contenant du lanthane et de la paraffine qui est un mélange riche en hydrogène d’hydrocarbure saturé. Les échantillons ont été soumis à des pressions très élevées entre 96 et 176 gigapascals dans des cellules à enclumes en diamant et chauffés à plus de 2 200 degrés Celsius.
En coopération avec le German Electron Synchrotron (DESY) à Hambourg et le Center for Advanced Radiation Sources à Chicago, il a été possible d’identifier les structures des nouveaux composés de lanthane et d’hydrogène. Il s’est avéré que les hydrures de lanthane avec le même arrangement d’atomes de lanthane diffèrent considérablement dans leur teneur en hydrogène.
En d’autres termes, le même cadre d’atomes de lanthane peut être lié à différents nombres d’atomes d’hydrogène. Les atomes d’hydrogène peuvent ainsi être disposés de manières très différentes. Les scientifiques ont montré qu’une diversité structurelle similaire peut également exister dans les hydrures qui contiennent d’autres métaux du groupe des terres rares au lieu du lanthane.
Ces découvertes surprenantes réfutent une hypothèse qui a joué un rôle central dans la recherche sur les matériaux supraconducteurs jusqu’à présent : à savoir le préjugé selon lequel un certain nombre et un certain arrangement d’atomes de lanthane ne permettent qu’une seule configuration spécifique d’atomes d’hydrogène.
Dans ce contexte, la coordinatrice de l’étude, Prof. Dr. Dr. hc Natalia Dubrovinskaia du Laboratoire de Cristallographie de l’Université de Bayreuth explique : « Dans notre recherche de supraconducteurs avec des températures de transition plus élevées, des modèles théoriques et des calculs basés sur ceux-ci sont indispensable. Les solides contenant de l’hydrogène se sont révélés être des matériaux très prometteurs.
« La supraconductivité de ces composés chimiques dépend, comme nous le savons aujourd’hui, essentiellement du nombre et de l’arrangement des atomes d’hydrogène. Il est donc d’autant plus important que nos modèles théoriques n’intègrent pas d’hypothèses erronées qui conduisent à des solides contenant de l’hydrogène avec un haute température de transition restant à découvrir. »
Le professeur Dr. hc Leonid Dubrovinsky de BGI ajoute : « Nos découvertes sur les hydrures de lanthane nous rappellent fermement que dans la recherche de supraconducteurs optimaux, nous ne devons pas sous-estimer le nombre de composés contenant de l’hydrogène possibles et la variété des configurations possibles d’atomes d’hydrogène. . »
Plus d’information:
Dominique Laniel et al, Synthèse à haute pression de sept hydrures de lanthane avec une variabilité importante de la teneur en hydrogène, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-34755-y