Sciencemag.cz
Doporučujeme
Ternární hydridy, tedy takové, které vedle vodíku obsahují dva prvky, představují nadějnou kategorii při vývoji vysokoteplotních supravodičů. Vyžadují sice dosud vysoký tlak, ale např. hydrid lanthanu a yttria již vykazuje supravodivost při 253 K. Japonští vědci zkoumali supravodivost a stabilitu hydridů La, Y a ceru. Studii vedl Ryo Maezono z Japan Advanced Institute of Science and Technology.
„Využitím superpočítačových simulací je možné předpovědět, zda neznámá krystalová struktura vykazuje termodynamickou a mřížkově-dynamickou stabilitu. Naše skupina se hydridům kovů věnuje již delší dobu a toto je čtvrtý výsledek se sloučeninami Y/Ce a La/Ce po předchozích výsledcích s La/Y, Y/Mg a Mg/Sc,“ uvádí R. Maezono.
Zvýšení počtu kombinací prvků v simulacích ze dvou na tři zásadně rozšiřuje možnosti pro vysokoteplotní supravodiče. Je pak nicméně často obtížné příslušné simulace reálně provést, protože počet kombinací (prvky mohou být v různých poměrech atd.) příliš roste. Technické podrobnosti o novém přístupu dle průvodní tiskové zprávy: „K řešení tohoto problému použil tým metodu předpovědi krystalové struktury (CSP) založenou na evolučním algoritmu k předpovědi krystalové struktury a také kvantový kód ESPRESSO k provedení fononové disperze a elektron-fotonové vazby (EPC, electron-phonon coupling) ternárních hydridů. Dále byla k předpovědi supravodivé kritické teploty (TC) použita Eliashbergova funkce a Allen-Dynesův modifikovaný McMillanův vzorec.“
Výpočty odhalily existenci termodynamicky stabilních fází v systémech Y-Ce-H a La-Ce-H v rozsahu tlaků 100-400 GPa. Slitiny YCeH8, YCeH18, YCeH20, LaCeH8 a LaCeH20 vykazovaly mřížkově-dynamickou stabilitu a odolnost vůči rozkladu při vysokých teplotách. Výpočty EPC a Allen-Dynesův modifikovaný McMillanův vzorec předpověděly vysokoteplotní supravodivost pro tři z těchto fází. Látky YCeH20, LaCeH20 a YCeH18 by měly být supravodivé při teplotě 122 K a tlaku 300 GPa, do 116 K při tlaku 250 GPa a do 173 K při 150 GPa (sloučeniny v pořadí výše). Jako nejnadějnější tedy vyšel tedy vyšel materiál YCeH18.
Samotné výsledky tedy zatím průlomové nejsou, nicméně použitý přístup by měl průzkum dalších potenciálně supravodivých materiálů podstatně urychlit.
P. Song et al, Potential high-Tc superconductivity in YCeH and LaCeH under pressure, Materials Today Physics (2022). DOI: 10.1016/j.mtphys.2022.100873
Zdroj: Japan Advanced Institute of Science and Technology / Phys.org
Na podobné téma, speciálně zkoumání hydridů lanthanu.
V roce 2019 byla při experimentech koordinovaných Institutem Maxe Plancka v Mohuči naměřena jako hranice supravodivého přechodu teplota -23 °C. Měření proběhlo při tlaku 170 gigapascalů (1,7 milionů atmosfér). Materiálem byl hydrid lanthanu LaH10+δ. Tyto výsledky ovšem nebyly přijaty jednoznačně, kritikové pokládají za kontroverzní. (Poznámka: viz také články, kde se zmiňuje sloučenina LaH10)
V laboratořích Bavorského výzkumného ústavu experimentální geochemie a geofyziky vědci nyní připravili 7 různých hydridů lanthanu: 2 již známé sloučeniny LaH10+δ a LaH3 a dosud neznámé hydridy lanthanu LaH~4, LaH4+δ, La4H23, LaH6+δ a LaH9+δ.
Všechny tyto sloučeniny vznikly ze vzorků obsahujících lanthan a parafín (směs nasycených uhlovodíků bohatá na vodík). Vzorky byly vystaveny velmi vysokým tlakům mezi 96 a 176 gigapascalů v diamantových kovadlinách a zahřáty na více než 2 200 °C.
Při výzkumu se ukázalo, že hydridy lanthanu se stejným uspořádáním atomů lanthanu se mohou značně lišit obsahem vodíku. Tedy jinak řečeno, na stejnou kostru atomů lanthanu lze navázat různý počet atomů vodíku a ty mohou být uspořádány velmi různými způsoby. Vědci dále ukázali, že podobná strukturní rozmanitost může existovat i u hydridů, které místo lanthanu obsahují jiné kovy ze skupiny vzácných zemin.
Tato překvapivá zjištění zřejmě vyvracejí dosud převažující předpoklad, že určitý počet a uspořádání atomů lanthanu (jiného kovu) umožňuje pouze jednu konkrétní konfiguraci atomů vodíku. Přitom právě počet a uspořádání atomů vodíku určuje parametry odpovídající supravodivosti. Starší hypotéza vlastně vedla k tomu, že mnohé z hlediska vysokoteplotní supravodivosti nadějné sloučeniny jsme mohli minout.
Dominique Laniel et al, High-pressure synthesis of seven lanthanum hydrides with a significant variability of hydrogen content, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34755-y
Zdroj: Bayreuth University / Phys.org
Poznámka PH: Dá se v tom najít nějaká základní logika ve smyslu: vodík by mohl být supravodivý za podmínek…. Čím více/méně vodíku v hydridu, tím z hlediska teploty a tlaku by to mělo vycházet takhle a takhle, ale…
