Vedci neustále hľadajú nové supravodivé zlúčeniny, v ktorých, keď sa ochladí na určitú teplotu, elektrický odpor úplne zmizne. Vďaka tomu sú tieto látky schopné prenášať elektrinu bez strát, čo z nich robí veľmi perspektívne materiály pre energetické siete.

Hlavnými kandidátmi na rolu supravodičov sú vodíkové zlúčeniny – hydridy. Existuje však problém, ktorý vedci stále nemohli vyriešiť – teplota, pri ktorej sa látka stane supravodičom. U väčšiny zlúčenín je veľmi nízka, takže supravodiče používané v praxi sú obvykle chladené kvapalným héliom a musí byť k tomu použité drahé a zložité zariadenie. Fyzici sa snažia nájsť látku, ktorá je supravodič pri izbovej teplote. Jedným z kandidátov je kovový vodík, ale jeho vytvorenie vyžaduje obrovské tlaky cez 4 milióny atmosfér.

Ruskí vedci zo Skolkovského inštitútu vedy a technológií Dmitrij Semenok a Arťom Oganov spoločne s čínskymi kolegami z Ťilinskej univerzity vytvorili niekoľko zlúčenín vodíka s prazeodýmom – kovom zo skupiny lantanoidov – a preskúmali ich fyzikálne vlastnosti. Zlúčeniny sa od seba líšia pomerom atómov týchto dvoch prvkov. Túto prácu podporili grantom z Prezidentského programu pre výskumné projekty Ruského vedeckého fondu (RSF).

Vedci stlačili vzorky zložené z kovového prazeodýmu a vodíka medzi dvoma kužeľovitými diamantmi na 40 hPa v špeciálnej komore a zahrievali ich laserom. Pri tomto tlaku látky reagovali a vytvárali zlúčeninu PrH3. V takýchto experimentoch sa však diamanty často stávajú krehkými následkom kontaktu s vodíkom a rozpadajú sa. Vedci preto nahradili čistý vodík boranom amónnym – zlúčeninou obsahujúce veľké množstvo vodíka, ktorý sa uvoľňuje pri zahrievaní a reaguje s prazeodýmom. Predtým vedci rovnakým spôsobom syntetizoval zlúčeniny vodíka s lantánom, kovom z rovnakej skupiny prvkov vzácnych zemín.

Zakázaná zlúčenina

Táto metóda mala v tomto prípade účinok. Zvýšením tlaku získali vedci látku PrH9. Zaujímavé je, že z pohľadu klasickej chémie taká zlúčenina nemôže existovať, je “zakázaná“, ako hovoria vedci. Formálne elektronická štruktúra atómu prazeodýmu neumožňuje vytvoriť tak veľké množstvo väzieb s inými atómami. Existencia takýchto “nesprávnych“ zlúčenín však predpovedali pomocou zložitých kvantových výpočtov a teraz sa experimentálne potvrdili.

Po preštudovaní fyzikálnych vlastností novej látky vedci zistili, že hydrid prazeodýmu prechádza do stavu supravodiča pri teplote -264 stupňov Celzia, čo je nižšia ako supravodivá teplota hydridu lathanu LaH10, ktorú autori získali skôr. Vedci to vysvetľujú pozíciou kovu v periodickej tabuľke. Ukázalo sa, že atómy prazeodýmu nie sú len darcovia elektrónov: na rozdiel od svojich susedov, lantánu a céru prinášajú neveľké magnetické momenty, ktoré potláčajú supravodivosť, a preto jej teplota klesá.

“Pomocou metódy, ktorú predtým používali k syntéze hydridov lantánu, sme dokázali vytvoriť nové supravodivé praseodymové kovové hydridy,” uvádza tlačová správa Ruského vedeckého fondu slová Arťoma Oganova, projektového manažéra nadácie, doktora fyzikálno–matematických vied, profesora Skolkovského inštitútu vedy a technológií.

“Došli sme k dvom hlavným záverom. Po prvé, je možný vznik abnormálnych zlúčenín, ktorých zloženie nie je nijako spojené s valenciou, t. j. prípustným počtom väzieb jedného atómu s inými atómami. Po druhé, potvrdili sme nový princíp vytvárania supravodičov. Zistili sme, že kovy z ‘labilného pásu’, umiestnené medzi II. a III. skupinou periodickej tabuľky, sú pre to najvhodnejšie. Z lantanoidov je najbližšie k ‘labilnému pásu‘ lantán a cer. “

Vedci chcú využiť získané informácie pri syntéze nových vysokoteplotných supravodičov.