Des chercheurs américains, Russie, et la Chine ont contourné les règles de la chimie classique et synthétisé un composé « interdit » de cérium et d'hydrogène, le CeH 9 — qui présente une supraconductivité à une pression relativement basse de 1 million d'atmosphères. Le papier est sorti en Communication Nature .

Les supraconducteurs sont des matériaux capables de conduire un courant électrique sans aucune résistance. Ils sont à l'origine des puissants électro-aimants des accélérateurs de particules, trains maglev, scanners IRM, et pourrait théoriquement permettre des lignes électriques qui fournissent de l'électricité de A à B sans perdre les précieux kilowatts à cause de la dissipation thermique.

Malheureusement, les supraconducteurs connus aujourd'hui ne peuvent fonctionner qu'à des températures très basses (inférieures à -138 degrés Celsius), et le dernier record (-13 degrés Celsius) nécessite des pressions extrêmement élevées de près de 2 millions d'atmosphères. Cela limite le champ de leurs applications possibles et rend coûteuses les technologies supraconductrices disponibles, étant donné que le maintien de leurs conditions de fonctionnement assez extrêmes est difficile.

Les prédictions théoriques suggèrent que l'hydrogène est un candidat potentiel pour la supraconductivité à température ambiante. Cependant, cajoler l'hydrogène dans un état supraconducteur exigerait une pression énorme d'environ 5 millions d'atmosphères; comparer avec 3,6 millions d'atmosphères au centre de la Terre. Compressé si fort, il se transformerait en métal, mais cela irait à l'encontre de l'objectif de fonctionner dans des conditions standard.

"L'alternative à la métallisation de l'hydrogène est la synthèse de composés dits "interdits" d'un élément - le lanthane, soufre, uranium, cérium, etc.—et de l'hydrogène, avec plus d'atomes de ce dernier que la chimie classique ne le permet. Donc normalement, on pourrait parler d'une substance avec une formule comme CeH 2 ou CeH 3 . Mais notre superhydrure de cérium—CeH 9 — contient beaucoup plus d'hydrogène, le dotant de propriétés passionnantes, " a expliqué un auteur de l'étude, Professeur Artem R. Oganov de Skoltech et de l'Institut de physique et de technologie de Moscou (MIPT).

Alors que les scientifiques des matériaux recherchent la supraconductivité à des températures plus élevées et à des pressions plus basses, l'un peut se faire au détriment de l'autre. "Alors que le superhydrure de cérium ne devient supraconducteur qu'une fois refroidi à -200 degrés Celsius, ce matériau est remarquable en ce qu'il est stable à une pression de 1 million d'atmosphères, soit moins que ce qu'exigent les superhydrures de soufre et de lanthane synthétisés précédemment. D'autre part, le superhydrure d'uranium est stable à une pression encore plus basse, mais a besoin de beaucoup plus de refroidissement, " a ajouté le co-auteur Ivan Kruglov, chercheur au MIPT et au Dukhov Research Institute of Automatics.

Pour synthétiser leur supraconducteur "impossible", les scientifiques ont placé un échantillon microscopique du cérium métallique dans une cellule à enclume de diamant, avec un produit chimique qui libère de l'hydrogène lorsqu'il est chauffé - dans ce cas, avec un laser. L'échantillon de cérium a été pressé entre deux diamants plats pour permettre la pression nécessaire à la réaction. Au fur et à mesure que la pression augmentait, hydrures de cérium avec une proportion progressivement plus grande d'hydrogène formé dans le réacteur :CeH 2 , CeH 3 , etc.

L'équipe a ensuite utilisé l'analyse par diffraction des rayons X pour discerner les positions des atomes de cérium et ainsi révéler indirectement la structure du nouveau composé. Le CeH 9 Le réseau cristallin est composé de cages de 29 atomes d'hydrogène dans une formation quasi sphérique. Les atomes de chaque cage sont maintenus ensemble par des liaisons covalentes, pas différent de ceux dans le H familier 2 molécule d'hydrogène gazeux, mais un peu plus faible. Chaque cage fournit une cavité qui abrite un atome de cérium

L'avènement de l'USPEX, développé par Skoltech et Artem Oganov du MIPT, et d'autres algorithmes informatiques prédisant la structure cristalline de composés "interdits" inédits ont permis aux chercheurs d'étudier les hydrures monométalliques dans les moindres détails. L'étape suivante consiste à ajouter un troisième élément au mélange :les triples composés d'hydrogène et de deux métaux sont un territoire inexploré. Comme le nombre de combinaisons possibles est grand, les chercheurs envisagent d'utiliser des algorithmes d'IA pour sélectionner les candidats les plus prometteurs.