20.04.2020 - Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT)

Búsqueda de nuevos hidruros superconductores va a ser más fácil

Los científicos de Skoltech y MIPT encuentran una regla para predecir nuevos hidruros metálicos superconductores

La búsqueda de los codiciados superconductores de alta temperatura se va a hacer más fácil con una nueva 'ley dentro de una ley' descubierta por los investigadores de Skoltech y MIPT y sus colegas, que descubrieron un vínculo entre la posición de un elemento en la Tabla Periódica y su potencial para formar un hidruro superconductor de alta temperatura. El nuevo artículo se publica en la revista "Current Opinion in Solid State & Materials Science". La investigación fue apoyada por la Fundación Rusa para la Ciencia.

Los materiales superconductores, con resistencia cero y por lo tanto sin disipación de energía para calentar, serían extremadamente útiles para nuestra electrónica y redes eléctricas. Los imanes superconductores ya se utilizan en la máquina de resonancia magnética de su hospital local y en los aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.

En este momento hay dos maneras de llegar a la superconductividad, ambas en los extremos: temperaturas muy bajas o presiones muy altas. Algunos de los superconductores "más calientes" del primer tipo, los cupratos, todavía requieren ser enfriados hasta unos 100 K (-173 °C), lo que está muy lejos de las condiciones normales. Hay predicciones de que el hidrógeno metálico puede mostrar propiedades superconductoras a casi temperatura ambiente; la trampa está en la presión requerida, que es de más de 4 millones de atmósferas, casi al límite de nuestras capacidades técnicas.

Es por eso que los científicos están estudiando los hidruros, compuestos de hidrógeno y otro elemento, y se ha demostrado que funcionan como superconductores a temperaturas relativamente altas y presiones más bajas. El récord actual de hasta menos 23 °C se mostró el año pasado para LaH10, decahidrato de lantano, a la presión de 170 gigapascales, o 1,7 millones de atmósferas. Aunque las presiones siguen siendo demasiado altas para permitir su uso práctico, la investigación en hidruros superconductores ya tiene importantes implicaciones para otras clases de superconductores, que podrían funcionar a presión y temperatura normales.

El estudiante de doctorado de Skoltech, Dmitrii Semenok, y el profesor de Skoltech y MIPT, Artem R. Oganov, junto con sus colegas, han encontrado una regla que permite predecir la máxima temperatura crítica superconductora, maxTC, para un hidruro metálico basado sólo en la estructura electrónica de los átomos de metal. Esto significa que la búsqueda de nuevos hidruros superconductores va a ser más fácil.

"La conexión entre la superconductividad y la Tabla Periódica fue desconcertante al principio. Todavía no estamos totalmente seguros de su origen, pero creemos que se debe a que los elementos en la frontera entre los elementos s y p o s y d (aproximadamente entre el 2º y 3º grupo de la Tabla) tienen una estructura electrónica inusualmente sensible al campo cristalino, y esto es perfecto para el acoplamiento electrón-fonón, que es la causa de la superconductividad en los hidruros", dijo Artem R. Oganov, coautor del trabajo.

Además de descubrir una regla cualitativa, también entrenaron una red neuronal para predecir el maxTC para compuestos en los que no se disponía de datos experimentales o teóricos. Para algunos elementos, los datos previamente publicados sobre el Tc de los hidruros parecían desviarse del comportamiento habitual. Los investigadores se propusieron entonces comprobar estos datos utilizando la USPEX, el algoritmo evolutivo desarrollado por Oganov y sus estudiantes para predecir los hidruros termodinámicamente estables de estos elementos.

"Para los elementos en los que los valores publicados de maxTc eran (basados en la regla descubierta) demasiado bajos o demasiado altos, el grupo realizó búsquedas sistemáticas de hidruros estables. Sus nuevos datos confirmaron la regla descubierta y produjeron nuevos hidruros para el magnesio (Mg), el estroncio (Sr), el bario (Ba), el cesio (Cs) y el rubidio (Rb). Por ejemplo, un hexahidruro de estroncio pronosticado, SrH6, tiene un maxTC de 189 K (menos 84C) a 100 GPa, mientras que el BaH12, un superhidruro de bario teórico, puede tener un maxTC relativamente alto de hasta 214 K (menos 59C)", dijo Alexander Kvashnin, científico investigador principal de Skoltech y MIPT y coautor de la investigación.

A principios de 2019, Oganov y sus colegas de Rusia, EE.UU. y China sintetizaron el superhidruro de cerio CeH9, que tiene propiedades superconductoras a 100-110 K y a una presión (relativamente) baja de 120 GPa. Otro superconductor descubierto por el grupo de investigación (Dmitry Semenok, Ivan Troyan, Alexander Kvashnin, Artem R. Oganov y sus colegas), el hidruro de torio ThH10, tiene una alta temperatura crítica de 161 K.

"Ahora, usando la regla recién descubierta y la red neural podemos centrarnos en compuestos más complejos que son aún más prometedores en nuestra búsqueda de superconductividad a temperatura ambiente - superhidruros ternarios que contienen dos elementos e hidrógeno. Ya hemos predicho un número de hidruros que pueden rivalizar o superar a LaH10", dijo el primer autor del trabajo, Dmitrii Semenok.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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