Les scientifiques ont créé de nouveaux composés supraconducteurs d'hydrogène et de praséodyme, une terre rare, une substance étant assez surprenante du point de vue de la chimie classique. L'étude a permis de trouver les métaux optimaux pour les supraconducteurs à température ambiante. Les résultats ont été publiés dans Avancées scientifiques .

Une théorie qui a évolué au cours des 15 dernières années suppose que les composés d'hydrogène (hydrures) peuvent faire d'excellents supraconducteurs, c'est-à-dire substances qui ont une résistance électrique nulle lorsqu'elles sont refroidies à une certaine température et sont capables de transporter de l'électricité sans aucune perte, ce qui est particulièrement précieux pour les réseaux électriques. Cependant, le point d'achoppement que les scientifiques s'efforcent toujours de déterminer est la température à laquelle une substance atteint la supraconductivité. Pour la plupart des composés, il est très faible, Ainsi, les supraconducteurs utilisés dans la vie réelle sont généralement refroidis à l'hélium liquide à l'aide d'équipements complexes et coûteux. Les physiciens sont occupés à rechercher une substance qui atteint la supraconductivité à température ambiante. L'un des candidats probables est l'hydrogène métallique, mais la pression nécessaire pour le produire dépasse 4 millions d'atmosphères !

Un groupe de scientifiques russes de Skoltech et de chercheurs chinois de l'Université de Jilin a publié un article présentant les résultats de leurs recherches avec les premiers auteurs Dmitry Semenok et Di Zhou. Leur équipe a créé des composés d'hydrogène et de praséodyme, un métal de la série des lanthanides, et étudié leurs propriétés physiques. Les auteurs ont synthétisé plusieurs composés avec différents rapports d'atomes pour chaque élément. Pour faire ça, ils ont placé des échantillons de praséodyme et d'hydrogène dans une chambre spéciale où ils ont été pressés entre deux diamants en forme de cône de sorte que la pression a augmenté à 40 GPa, et ont été chauffés au laser.

Les éléments se sont comprimés et ont réagi pour former le composé PrH3. L'inconvénient est que les diamants ont tendance à devenir trop fragiles et à se briser au contact de l'hydrogène. Les scientifiques ont alors remplacé l'hydrogène pur par du borane d'ammonium, un composé contenant une grande quantité d'hydrogène facilement libéré lorsqu'il est chauffé et réagissant avec le praséodyme. Les chercheurs ont trouvé cette méthode plus efficace et ont continué à l'utiliser dans d'autres expériences. En augmentant la pression, ils ont obtenu PrH9. Plus tôt, ils avaient synthétisé des composés d'hydrogène et de lanthane, un autre métal de la même série, en utilisant la même technique. Les molécules qu'ils ont obtenues ont la particularité d'être un "hors-la-loi" de la chimie classique, car ils n'obéissent pas à ses règles. Même si la structure électronique de l'atome de praséodyme est telle qu'elle ne lui permet pas de se lier à de nombreux autres atomes, l'existence de tels composés "impropres" peut être prédite par des calculs quantiques complexes et prouvée par des expériences.

Aussi, les scientifiques ont étudié la supraconductivité des nouvelles substances en mesurant la résistance électrique à différentes températures et pressions et ont découvert que l'hydrure de praséodyme devient supraconducteur à -264 °C, qui est beaucoup plus faible par rapport à LaH10, bien que les deux composés soient similaires à la fois chimiquement et structurellement. Les auteurs ont examiné les raisons de la différence de caractéristiques en comparant leurs résultats à d'autres études et ont constaté que la position du métal dans le tableau périodique et ses propriétés jouent un rôle central. Il s'est avéré que les atomes de praséodyme agissent comme donneurs d'électrons :contrairement à leurs voisins, lanthane et cérium, ils portent de petits moments magnétiques qui suppriment la supraconductivité qui peut encore se produire, bien qu'à des températures plus basses.

"Nous avons appliqué la méthode utilisée précédemment pour synthétiser les hydrures de lanthane et avons réussi à créer de nouveaux hydrures de praséodyme métalliques supraconducteurs. Nous avons tiré deux conclusions principales. Premièrement, vous pouvez obtenir des composés anormaux avec des compositions n'ayant rien à voir avec la valence; C'est, le nombre de liaisons qu'un atome peut avoir avec d'autres atomes. Seconde, nous avons validé le nouveau principe de création des supraconducteurs. Nous avons constaté que les métaux de la « zone de labilité » situés entre les groupes II et III du tableau périodique sont les meilleurs candidats. Les éléments les plus proches de la « zone de labilité » sont le lanthane et le cérium. Aller de l'avant, nous partirons de ce constat pour obtenir de nouveaux supraconducteurs à haute température, " a déclaré Skoltech et professeur MIPT, Artem Oganov.