„Grandininis“ vandenilis atgaivino superlaidumo viltį: „Ši nauja medžiagų klasė atveria neįtikėtinų galimybių pasaulį“

Mokslininkai ne vieną dešimtmetį stengiasi paversti vandenilį metalu. Metalo būsenos vandenilis – šventasis medžiagų mokslo gralis, nes jis galėtų būti naudojamas superlaidininkams, medžiagoms, kuriose elektronų srautas nepatiria jokio pasipriešinimo, tad elektros perdavimo efektyvumas padidėja daug kartų. Mokslininkai, vadovaujami Viktoro Struzhkino iš Carnegie Science, sujungę vandenilį su natriu, eksperimentiškai sukūrė naują medžiagų klasę, galinčią pakeisti supratimą apie superlaidumą ir panaudotą vandenilio saugojimui. Tyrimas publikuotas Nature Communications.

„Iššūkis – temperatūra,“ paaiškino Struzhkinas. „Iki šiol sukurti superlaidininkai veikia tik nepraktiškai žemoje temperatūroje. Pastaraisiais metais pasigirdo spėjimai, kad kelių vandenilio atomų kompleksai su šarminiais metalais galėtų egzistuoti praktiškesnėje temperatūroje. Manoma, kad jie turi unikalias savybes naudingas superlaidumui.“

Dabar spėjimai pasitvirtino. Struzhkino komandoje buvo ir Carnegie Science tyrėjai Duck Young Kim, Elissaios Stavrou, Takaki Muramatsu, Ho-Kwang Mao, ir Alexander Goncharov, drauge su tyrėjais iš kitų institucijų.

Komanda eksperimentus vykdė, vadovaudamiesi teorija ir bandinius matavo metodais, atskleidžiančiais tiek atominę struktūrą (rentgeno spindulių difrakcija), tiek ir metodu, atpažįstančiu molekules pagal tokias charakteristikas, kaip jų vibravimas ir sukimasis (Ramano spektroskopiją). Teoriškai, suslėgta natrio/vandenilio medžiaga būtų stabili, turi metalines savybes ir unikalią struktūrą, ir yra superlaidus.

Komanda atliko aukšto slėgio ir temperatūros eksperimentus. Tokiose ekstremaliose gali pasikeisti medžiagos struktūra ir ji įgauna naujas savybes. Jie suspaudė vandenilio ir natrio pavyzdžius deimanto priekalu, tuo pat metu kaitindami juos lazeriu. 300 000 – 400 000 atmosferų slėgyje (30-40 gigapaskalių, GPa) ir maždaug 2000 K temperatūroje jie pirmą kartą aptiko „polihidridų“ struktūras, natrio su 3 vandenilio atomais (NaH₃) ir NaH₇ – natrio su septyniais vandenilio atomais – labai neįprastas konfigūracijas. Trys neigiamo krūvio vandenilio atomai NaH₇ medžiagoje išsirikiavo ir atrodė kaip vieno matmens vandenilio grandinės, kurios yra nauja fazė, visiškai kitokia, nei grynas vandenilis.

„Tokios konfigūracijos egzistavimas numatytas dar 1972 metais, daugiau, nei prieš 40 metų,“ pabrėžė Duck Young Kim. „Pasirodo, mūsų eksperimentai visiškai sutampa su teorija, kuri numatė NaH₃ egzistavimą. O kaip bonusą gavome galimybę užfiksuoti komponentą iš septynių vandenilio atomų.“

Struzhkinas apibendrino, kad „dar laukia daug darbo, kad būtų galima patikrinti, ar šios klasės medžiagas galima gauti žemesnėje temperatūroje ir slėgyje. Bet ši nauja medžiagų klasė atveria visai naują galimybių pasaulį“.

phys.org