En collaboration avec des scientifiques de l'Université de Jilin en Chine, un groupe de chercheurs de Skoltech dirigé par le professeur Artem R. Oganov a découvert un composé unique :l'hydrure de strontium SrH₂₂ . Il a la teneur en hydrogène la plus élevée connue à ce jour et est stable à des pressions de 80 à 140 gigapascals (environ un million d'atmosphères). Le composé obtenu possède des hydrogènes mobiles, capables de transporter des charges.

La "chasse" aux polyhydrures, des composés à haute teneur en hydrogène, a commencé en 2015, lorsqu'un groupe de scientifiques allemands a prouvé expérimentalement qu'à une pression de 150 gigapascals, l'hydrure de soufre H₂ S se transforme en un nouveau composé—le trihydrure de soufre H₃ S, qui s'est avéré être un supraconducteur à haute température, perdant sa résistance électrique à une température alors record de 203 Kelvin (-70 degrés Celsius). Il s'agissait d'une augmentation assez significative de la température par rapport aux supraconducteurs connus auparavant.

"Le but ultime de l'étude de ces composés" étranges "est de déterminer ceux qui sont supraconducteurs à température ambiante proche et au moins haute, ou mieux encore, basse pression. Certains des meilleurs supraconducteurs à haute température connus à ce jour, tels que YH ₆ et (La,Y)H₁₀ , ont été étudiés dans notre laboratoire, à l'aide de l'algorithme USPEX », explique le professeur Skoltech Artem R. Oganov, créateur d'un algorithme unique en son genre pour prédire les structures cristallines. Pour toute combinaison d'éléments chimiques, il détermine ce que leur les composés sont stables et quelles structures ils forment.

Dans le nouveau travail, les scientifiques se sont tournés vers le strontium pour voir s'il peut former des polyhydrures stables. L'algorithme USPEX prédit théoriquement que le composé stable SrH₂₂ devrait exister à des pressions de 80 à 140 GPa. Un groupe de recherche composé des professeurs Xiaoli Huang et Tian Cui de l'Université de Jilin a mené une expérience sur la synthèse de polyhydrures de strontium, dopant l'hydrogène moléculaire avec du strontium, ce qui signifie ajouter une petite quantité de ce métal comme impureté. Pour confirmer la formation de polyhydrure de strontium stable dans l'expérience, son réseau cristallin a été examiné par analyse de diffraction des rayons X. Le motif résultant correspondait parfaitement à la structure cristalline de SrH₂₂ .

"L'expérience et la théorie se complètent. L'approche expérimentale basée sur la diffraction des rayons X ne peut pas déterminer l'arrangement spatial des atomes d'hydrogène. Mais la théorie peut prédire non seulement leur emplacement, mais aussi la dynamique, les charges et les propriétés de transport. Dans notre étude, nous ont découvert que les atomes de strontium sont disposés de manière très ordonnée, tandis que les atomes d'hydrogène sont "étalés" dans l'espace, se déplacent constamment et agissent en général plus comme un liquide", explique Skoltech Ph.D. étudiant, le premier auteur de l'article, Dmitrii Semenok.

Le polyhydrure de strontium confirmé expérimentalement SrH₂₂ , le composé le plus riche en hydrogène connu à ce jour, est constitué de H₂ molécules distribuées autour d'un sous-réseau de strontium hautement organisé. De plus, la grande mobilité de l'hydrogène rend le SrH₂₂ un bon conducteur ionique, ouvrant la possibilité de l'utiliser pour des transformations électrochimiques à haute pression. Cela permettra d'obtenir de nouveaux polyhydrures de valeur qui ne peuvent pas être synthétisés directement à partir de métaux et d'hydrogène. Une autre application possible de cette découverte est la conception de nouveaux composés pour les batteries à hydrogène.

"On peut imaginer que nous avons une boîte de pièces de Lego, nous fouillons dedans et essayons de déterminer quelles pièces répondront à nos besoins. Nous avons découvert que les éléments des deuxième et troisième groupes du tableau périodique sont les plus favorables pour le formation de supraconducteurs à haute température. Le strontium est l'un d'entre eux, mais maintenant nous voyons que sous sa forme pure, il n'est pas tout à fait adapté. Pourtant, ses hydrures sont très intéressants du point de vue chimique, et s'ils sont dopés avec d'autres métaux avec plus d'électrons - yttrium, zirconium, titane - il est peut-être possible d'obtenir une supraconductivité à haute température. Nous avons donc étudié la "pièce de Lego" correspondante et réalisé qu'elle ne tient pas toute seule, mais si elle est combinée avec une autre, elle pourrait fonctionner " Oganov explique. + Explorer plus loin

Les scientifiques trouvent une règle pour prédire de nouveaux hydrures métalliques supraconducteurs