Ruští vědci vytvořili ve spolupráci s čínskými kolegy novou supravodivou sloučeninu, která by údajně neměla existovat z hlediska klasické chemie – hydrid vzácného kovu praseodym. (Foto: Di Zhou et al., 2020)

Tato sloučenina má při určitém tlaku supravodivé vlastnosti i při pokojové teplotě. Výsledky jsou publikovány v časopise Science Advances.

Vědci neustále hledají nové supravodivé sloučeniny, v nichž, když se ochladí na určitou teplotu, elektrický odpor úplně zmizí. Díky tomu jsou takové látky schopny přenášet elektřinu beze ztrát, což z nich činí velmi perspektivní materiály pro energetické sítě.

Hlavními kandidáty na roli supravodičů jsou vodíkové sloučeniny – hydridy. Existuje však problém, který vědci stále nemohli vyřešit – teplota, při níž se látky stanou supravodiči. U většiny sloučenin je velmi nízká, takže supravodiče používané v praxi jsou obvykle chlazeny kapalným heliem a musí být k tomu použito drahé a složité zařízení. Fyzici se snaží najít látku, která je supravodičem při pokojové teplotě. Jedním z kandidátů je kovový vodík, ale jeho vytvoření vyžaduje obrovské tlaky přes 4 miliony atmosfér.

Ruští vědci ze Skolkovského institutu vědy a technologií Dmitrij Semenok a Arťom Oganov společně s čínskými kolegy z Ťilinské univerzity vytvořili několik sloučenin vodíku s praseodymem – kovem ze skupiny lanthanoidů – a prozkoumali jejich fyzikální vlastnosti. Sloučeniny se od sebe liší poměrem atomů těchto dvou prvků. Tato práce byla podpořena grantem z Prezidentského programu pro výzkumné projekty Ruského vědeckého fondu (RSF).

Vědci stlačili vzorky složené z kovového praseodymu a vodíku mezi dvěma kuželovitými diamanty na 40 hPa ve speciální komoře a zahřívali je laserem. Při tomto tlaku látky reagovaly a vytvářely sloučeninu PrH3. V takových experimentech se však diamanty často stávají křehkými následkem kontaktu s vodíkem a rozpadají se. Vědci proto nahradili čistý vodík boranem amonným – sloučeninou obsahující velké množství vodíku, který se uvolňuje při zahřívání a reaguje s praseodymem. Dříve vědci stejným způsobem syntetizovali sloučeniny vodíku s lanthanem, kovem ze stejné skupiny prvků vzácných zemin.

Zakázána sloučenina

Tato metoda byla v tomto případě účinná. Zvýšením tlaku získali vědci látku PrH9. Zajímavé je, že z pohledu klasické chemie taková sloučenina nemůže existovat, je „zakázána“, jak říkají vědci. Formálně elektronická struktura atomu praseodymu neumožňuje vytvořit tak velké množství vazeb s jinými atomy. Existence takových „nesprávných“ sloučenin však byla předpovězena pomocí složitých kvantových výpočtů a nyní se experimentálně potvrdila.

Po prostudování fyzikálních vlastností nové látky vědci zjistili, že hydrid praseodymu přechází do stavu supravodiče při teplotě -264 stupňů Celsia, což je nižší než supravodivá teplota hydridu lathanu  LaH10, kterou autoři získali dříve. Vědci to vysvětlují pozicí kovu v periodické tabulce. Ukázalo se, že atomy praseodymu nejsou jen dárci elektronů: na rozdíl od svých sousedů, lanthanu a ceru přinášejí nevelké magnetické momenty, které potlačují supravodivost, a proto její teplota klesá.

„Pomocí metody, která byla dříve používána k syntéze hydridů lanthanu, jsme dokázali vytvořit nové supravodivé praseodymové kovové hydridy,“ uvádí tisková zpráva Ruského vědeckého fondu slova Arťoma Oganova, projektového manažera nadace, doktora fyzikálně-matematických věd, profesora Skolkovského institutu vědy a technologií. „Došli jsme ke dvěma hlavním závěrům. Za prvé, je možný vznik abnormálních sloučenin, jejichž složení není nijak spojeno s valencí, tj. přípustným počtem vazeb jednoho atomu s jinými atomy. Za druhé, potvrdili jsme nový princip vytváření supravodičů. Zjistili jsme, že kovy z ,labilního pásu‘, umístěné mezi II. a III. skupinou periodické tabulky, jsou pro to nejvhodnější. Z lanthanoidů je nejblíže k ,labilnímu pásu‘ lanthan a cer.“

Vědci chtějí využít získané informace při syntéze nových vysokoteplotních supravodičů.

Zdroj: snews.com