科学家合成的“不可能”超导化合物

金刚石砧池内部的样品与四个电极相连。

科学家创造了氢和的一种新的超导化合物，这是一种稀土金属，从经典化学的角度来看，一种物质令人惊讶。该研究有助于找到适合室温超导体的最佳金属。结果发表在《科学进展》上。

在过去的十五年中发展起来的理论认为，氢化合物（氢化物）可以制成出色的超导体。也就是说，当冷却到一定温度时具有零电阻的物质，并且能够无损失地输送电力，这对于电力网络特别有价值。但是，科学家仍在努力解决的难题是一种物质达到超导性的温度。对于大多数化合物而言，它非常低，因此现实生活中使用的超导体通常使用复杂且昂贵的设备用液氦冷却。物理学家正忙于寻找一种在室温下能实现超导性的物质。可能的候选金属之一是金属氢，但生产氢所需的压力超过400万大气压！

一组来自Skoltech的俄罗斯科学家和吉林大学的中国研究人员以德米特里·塞梅诺克（Dmitry Semenok）和周迪（Di Zhou）为第一作者发表了论文，介绍了他们的研究结果。他们的团队创建了氢和的化合物（一种镧系金属），并研究了它们的物理性质。作者合成了每种元素的原子比不同的几种化合物。为此，他们将和氢样品放置在一个特殊的腔室中，在其中将它们压在两个锥形钻石之间，以使压力升至40 GPa，然后进行激光加热。元素被压缩并反应形成化合物PrH3。不利的一面是，钻石与氢接触时，往往会变得易碎，易碎。

然后，科学家用硼烷铵代替了纯氢，硼烷是一种含有大量氢的化合物，在加热并与反应时会轻易释放出来。研究人员发现这种方法更有效，并继续用于进一步的实验中。通过增加压力，他们获得了PrH9。此前，他们使用相同的技术合成了氢和镧的化合物，这是同一系列的另一种金属。他们获得的分子是特殊的，因为它们不遵守化学定律，因此在经典化学中是“不合法的”。即使从形式上说，ody原子的电子结构不允许与这么多其他原子键合，但这种“不适当”化合物的存在可以通过复杂的量子计算进行预测并通过实验证明。

此外，科学家通过测量不同温度和压力下的电阻研究了新物质的超导性，发现氢化ody在-264 C时变得超°导，与LaH10相比要低得多，尽管这两种化合物在化学和结构上都相似。作者通过将其结果与其他研究进行比较，研究了特性差异的原因，并发现金属在元素周期表中的位置及其特性起着举足轻重的作用。结果发现that原子充当电子的供体：与它们的邻居，镧和铈不同，they原子具有较小的磁矩，尽管在较低温度下，它们仍会抑制超导现象，这种超导现象仍会发生。

“我们应用了以前用于合成氢化镧的方法，并成功创建了新的超导金属metallic氢化物。我们得出了两个主要结论。首先，您可以获得具有与化合价无关的成分的异常化合物。也就是说，一个原子与其他原子之间可以具有的键数。其次，我们验证了创建超导体的新原理。我们发现，来自元素周期表第二和第三族之间的“不稳定区”的金属是最佳候选。最接近“不稳定区”的元素是镧和铈。展望未来，我们将从这一发现出发，获得新的高温超导体。 Skoltech和MIPT教授Artem Oganov说道。

参考：周迪，Dmitrii V.Semenok，段德芳，谢辉，陈武好，黄小丽，李新，刘冰冰，Artem R.Oganov和田翠的“超导super氢化物”，2020年2月28日，科学进展。DOI：
10.1126 / sciadv.aax6849

该项目得到了总统计划的资助，以开发俄罗斯科学基金会（RSF）的世界级实验室研究项目。