La recherche de supraconducteurs convoités à haute température va devenir plus facile avec une nouvelle « loi dans une loi » découverte par les chercheurs de Skoltech et du MIPT et leurs collègues, qui a découvert un lien entre la position d'un élément dans le tableau périodique et son potentiel à former un hydrure supraconducteur à haute température. Le nouvel article est publié dans la revue Opinion actuelle en science des solides et des matériaux . La recherche a été soutenue par la Fondation scientifique russe.

Matériaux supraconducteurs, avec une résistance nulle et donc pas de dissipation d'énergie à chauffer, serait extrêmement utile pour notre électronique et nos réseaux électriques. Des aimants supraconducteurs sont déjà utilisés dans la machine IRM de votre hôpital local et dans des accélérateurs de particules tels que le Large Hadron Collider du CERN.

À l'heure actuelle, il existe deux manières d'accéder à la supraconductivité, à la fois aux extrêmes :très basses températures ou très hautes pressions. Certains des supraconducteurs "les plus chauds" du premier type, cuprates, nécessitent encore un refroidissement à environ 100 K (-173 °C), ce qui est loin des conditions normales. Il y a des prédictions que l'hydrogène métallique peut montrer des propriétés supraconductrices à presque la température ambiante; la prise est dans la pression demandée, soit plus de 4 millions d'atmosphères, presque à la limite de nos capacités techniques.

C'est pourquoi les scientifiques étudient les hydrures, composés d'hydrogène et d'un autre élément, et il a été démontré qu'ils fonctionnent comme des supraconducteurs à des températures relativement élevées et à des pressions plus basses. Le record actuel de jusqu'à moins 23 degrés C a été montré l'année dernière pour LaH dix , décahydrure de lanthane, à la pression de 170 gigapascals, soit 1,7 million d'atmosphères. Même si les pressions sont encore trop élevées pour permettre une utilisation pratique, la recherche sur les hydrures supraconducteurs a déjà des implications importantes pour d'autres classes de supraconducteurs, qui pourrait fonctionner à pression et température normales.

Doctorat Skoltech l'étudiant Dmitrii Semenok et Skoltech et le professeur MIPT Artem R. Oganov avec leurs collègues ont trouvé une règle qui permet de prédire la température critique supraconductrice maximale, maxT C , pour un hydrure métallique basé uniquement sur la structure électronique des atomes métalliques. Cela signifie que la recherche de nouveaux hydrures supraconducteurs va devenir plus facile.

"Le lien entre la supraconductivité et le tableau périodique était déroutant au début. Nous ne sommes toujours pas tout à fait certains de son origine, mais nous pensons que c'est parce que les éléments à la frontière entre les éléments s et p ou les éléments s et d (environ entre les 2e et 3e groupes du tableau) ont une structure électronique exceptionnellement sensible au champ cristallin, et c'est parfait pour le couplage électron-phonon, qui est la cause de la supraconductivité dans les hydrures, " a déclaré Artem R. Oganov, un co-auteur de l'ouvrage.

En plus de découvrir une règle qualitative, ils ont également entraîné un réseau de neurones pour prédire maxT C pour les composés pour lesquels aucune donnée expérimentale ou théorique n'était disponible. Pour certains éléments, les données publiées précédemment sur la Tc des hydrures semblaient s'écarter du comportement normal. Les chercheurs ont ensuite entrepris de vérifier ces données en utilisant USPEX, l'algorithme évolutionnaire développé par Oganov et ses étudiants pour prédire les hydrures thermodynamiquement stables de ces éléments.

"Pour les éléments où les valeurs publiées de maxTc étaient (basées sur la règle découverte) trop faibles ou trop élevées, le groupe a effectué des recherches systématiques d'hydrures stables. Leurs nouvelles données ont confirmé la règle découverte et ont donné de nouveaux hydrures pour le magnésium (Mg), strontium (Sr), baryum (Ba), césium (Cs) et rubidium (Rb). Par exemple, un hexahydrure de strontium prédit, SrH 6 , a un maxT C de 189 K (moins 84 degrés C) à 100 GPa, tandis que BaH 12 , un superhydrure de baryum théorique, peut avoir un maxT relativement élevé C jusqu'à 214 K (moins 59 degrés C), " a déclaré Alexandre Kvashnine, Skoltech et MIPT chercheur principal et co-auteur de la recherche.

Plus tôt en 2019, Oganov et ses collègues de Russie, les États-Unis et la Chine ont synthétisé le superhydrure de cérium CeH 9 , qui a des propriétés supraconductrices à 100-110 K et à une pression (relativement) basse de 120 GPa. Un autre supraconducteur découvert par le groupe de recherche (Dmitry Semenok, Ivan Troyan, Alexandre Kvashnine, Artem R. Oganov, et leurs collègues), hydrure de thorium ThH10, a une température critique élevée de 161 K.

"Maintenant, en utilisant la règle nouvellement découverte et le réseau de neurones, nous pouvons nous concentrer sur des composés plus complexes qui sont encore plus prometteurs dans notre quête de la supraconductivité à température ambiante - des superhydrures ternaires qui contiennent deux éléments et de l'hydrogène. Nous avons déjà prédit un certain nombre d'hydrures qui peuvent rivaliser ou dépasser LaH dix , " a déclaré le premier auteur de l'ouvrage, Dmitrii Semenok.