Shkencëtarët sqarojnë se si funksionon superpërçuesi më i njohur
Në një seri eksperimentesh mbi superhidridin e lantanit me papastërti, studiuesit nga Skoltech, Instituti Fizik Lebedev i RAS dhe kolegët e tyre nga Shtetet e Bashkuara, Gjermania dhe Japonia, kanë krijuar mekanizmin pas superpërçueshmërisë së temperaturës më të lartë në polihidridet e vëzhguara deri më sot. I raportuar në Advanced Materials, zbulimi hap rrugën për studime të ardhshme që ndjekin materiale që përçojnë elektricitet me rezistencë zero në ose afër temperaturës së dhomës. Ato do të ishin të dobishme për elektronikë superpërçues dhe kompjuterë kuantikë, trena maglev, makina MRI, përshpejtuesit e grimcave dhe ndoshta edhe reaktorët e ndarjes bërthamore dhe linjat e energjisë pa humbje, nëse jeni në atë lloj gjëje.
Nëse jo Grali i Shenjtë i shkencës së materialeve, superpërçuesit afër temperaturës së dhomës janë sigurisht ndër materialet më të kërkuara me aplikime teknologjike. Nëse zbulohet, një material i tillë do të mundësonte elektromagnetët përbindësh që mund të përdoren në instrumente kërkimore themelore, të tilla si sensorë magnetikë jashtëzakonisht të saktë dhe përshpejtues të grimcave që do ta bënin përplasësin e madh të Hadronit të dukej i dobët, si dhe në teknologjinë mjekësore (skanerë më të mirë MRI), magnetikë. trena me levitacion, motorë dhe gjeneratorë në miniaturë dhe pajisje të zgjatura të jetëgjatësisë së baterisë. Ndër aplikimet më futuriste janë linjat e transmetimit të energjisë në distanca të gjata që do të jepnin energji elektrike pothuajse pa humbje.
Teorikisht, hidrogjeni i pastër duhet të jetë superpërçuesi më i mirë i temperaturës së lartë, me kusht që ta shtrydhni aq fort sa ta ktheni në metal. Por kjo është një sfidë, për të thënë të paktën. Pra, në vend të kësaj, shkencëtarët po eksplorojnë komponime që përmbajnë elementë shtesë, përveç shumë hidrogjenit. Në këtë mënyrë ata po sakrifikojnë një pjesë të temperaturës për të ulur presionet e nevojshme për të stabilizuar materialin superpërçues poshtë dhe në sferën e asaj që është teknologjikisht e mundur.
“Për momentin, superhidridi i lantanumit LaH10 është pretenduesi kryesor në këtë garë të superpërçuesve, me një temperaturë kritike prej minus 23 gradë Celsius,” komentoi hetuesi kryesor i studimit, profesori i Skoltech Artem R. Oganov. “Kjo është shumë mbresëlënëse, por për të shkuar edhe më lart, fillimisht duhej të kuptonim se si funksionon superpërçueshmëria në këtë material. Tani po e bëjmë.”
Ka mekanizma të shumtë që mund të mundësojnë përçueshmëri elektrike me rezistencë zero. Ajo që kuptohet më mirë quhet superpërçueshmëri konvencionale e ndërmjetësuar nga fononi. Ajo lind për shkak të ndërveprimeve të elektroneve me lëkundjet e rrjetës kristalore. Teoria e vendosur mirë e superpërçueshmërisë konvencionale mund të përdoret për të përmirësuar superhidridin e lantanumit, ndoshta duke futur një element të tretë të rëndësishëm për të krijuar një përbërje të re të hidrogjenit dhe dy elementë të tjerë të zgjedhur mirë.
“Problemi ishte, deri më tani, nuk ekzistonte asnjë model sistemesh superpërcjellëse treshe për të zbuluar se sa mund të përmirësonim vetitë superpërcjellëse të polihidrideve. Kështu që kishte një sasi të mjaftueshme pasigurie që pengonte dhe errësonte përparimin në kërkimin për dhomën e afërt. “Superpërcjellshmëria e temperaturës. Ne kemi hapur rrugën duke eliminuar këtë pasiguri”, tha Oganov.
Ekipi i tij vendosi sjelljen e superpërcjellshmërisë në superhidridin e lantanumit bazuar në teoremën e Anderson-it të pranuar gjerësisht. Ai thotë se superpërcjellësit konvencionalë – dhe vetëm ata – ruajnë vetitë e tyre kur futet një papastërti jomagnetike, por pësojnë një ulje të temperaturës kritike të superpërçueshmërisë kur dopohen me papastërti magnetike.
“Pasi konfirmuam në një punim të mëparshëm se shtimi i itrit, i cili është jomagnetik, nuk ndikon në temperaturën kritike të superpërcjellshmërisë në LaH10, ne e dopuam këtë material me neodymium magnetik në vend të kësaj. Dhe sigurisht, sa më shumë atome neodymium të shtoheshin, më shumë kjo e shtypi superpërcjellshmërinë, duke e shkatërruar përfundimisht atë në rreth 15 deri në 20 për qind të përmbajtjes atomike të Nd,” tha Dmitrii Semenok, një Ph.D. student në Skoltech dhe autori kryesor i studimit.
Sipas studiuesve, tani ne kemi një kuptim më të mirë se si papastërtitë do të ndikojnë në superpërçueshmërinë në hidride dhe mund të parashikojnë vetitë e shumë sistemeve të tilla hidride treshe. Ekipi do të mbështetet në konkluzionet e vendosura për të parashikuar, sintetizuar dhe testuar komponime të reja të pasura me hidrogjen me tre elementë, duke shpresuar se do të përmirësohet në superhidridin e lantanumit duke e ngritur temperaturën e tij kritike, duke ulur presionin e sintezës ose të dyja.
Kërkimet mbi përbërjet anormale të hidridit kanë bërë shumë për të çuar më tej të kuptuarit tonë dhe për të larguar keqkuptimet rreth superpërçueshmërisë. Pjesa më e madhe e këtij hulumtimi ka përdorur USPEX, një program kompjuterik i zhvilluar nga Oganov për të parashikuar komponimet kryesisht kundërintuitive që ekzistojnë në presione shumë të larta.