Согласно классической химии синтезированный химиками гидрид празеодима не может существовать в принципе. Тем не менее, он существует и проводит ток при невероятно высокой температуре

Химики создали несколько ранее неизвестных сверхпроводников на базе водорода и редкоземельного металла празеодима, которые работают при очень высоких температурах. Структура одного из них невозможна с точки зрения классической химии. Статью с описанием исследования опубликовал научный журнал Science Advances, кратко об этом пишут пресс-службы Российского научного фонда (РНФ) и Сколковского института науки и технологий.

"С помощью метода, ранее применявшегося для синтеза гидридов лантана, мы смогли создать новые сверхпроводящие металлические гидриды празеодима. Их создание показало, что возможно возникновение аномальных соединений, состав которых никак не связан с валентностями, то есть допустимым количеством связей одного атома с другими атомами", - прокомментировал работу один из ее авторов, профессор Сколтеха Артем Оганов.

За последние годы химики и физики создали несколько новых типов сверхпроводников, которые работают при очень высоких для подобных материалов температурах. К примеру, три года назад российские и немецкие исследователи выяснили, что в подобный сверхпроводник можно превратить и обычный сероводород, если сжать его давлением в несколько миллионов атмосфер. Для самых удачных версий этого соединения она приближается к отметке в -70 °С, что сопоставимо с температурами в Антарктике, при том, что средняя температура сверхпроводимости в ранее известных материалах не поднималась выше -183 °С.

Классическая теория сверхпроводимости, которую ученые сформулировали в середине прошлого века, не объясняет то, как эти материалы проводят ток без измеримых потерь. Поэтому ученым кроме открытия подобных сверхпроводников нужно еще и объяснить механизмы их работы.

Год назад Оганов и его коллеги, просчитывая свойства различных соединений водорода и тяжелых металлов при помощи алгоритма USPEX, обнаружили, что подобные свойства есть у соединений водорода и некоторых тяжелых элементов с особой структурой электронных оболочек. К их числу относятся уран, актиний, лантан, иттрий и некоторые другие металлы.

На пути к "комнатной" сверхпроводимости

Позже одно из таких соединений, гидрид лантана (LaH10), синтезировали американские и российские химики. Оно действительно оказалось очень интересным высокотемпературным сверхпроводником, свойства которого сохранялись даже при -23 °C, но при давлении в почти два миллиона атмосфер.

Получив столь впечатляющие результаты, ученые задумались о том, какими свойствами будут обладать соединения водорода и празеодима, одного из "соседей" лантана по периодической таблице. Просчитав их свойства при помощи USPEX, ученые предсказали несколько вариаций гидрида празеодима, которые при высоких давлениях могут превращаться в сверхпроводник. Потом ученые попытались синтезировать их.

Сжав смесь из празеодима и водорода до давления в 1,5 миллиона атмосфер, химики получили крайне необычное вещество, PrH9, существование противоречит классическим законам химии, так как празеодим не может вступать в столь большое число связей с атомами водорода. Это вещество становится сверхпроводником в очень узком диапазоне давлений, если поместить его в магнитное поле определенной конфигурации и охладить до температуры в -264 °С. В этом отношении он оказался абсолютно не похож на LaH10.

Столь разительные отличия между гидридами лантана и празеодима, как выяснили исследователи, связаны с тем, что рождению высокотемпературной сверхпроводимости "мешают" магнитные свойства атомов второго металла, не характерные для лантана и прочих веществ. Это открытие, как считают исследователи, ускорит поиски материалов, которые проводят ток без потерь при комнатной температуре и давлении.

"Мы подтвердили новый принцип создания сверхпроводников. Оказалось, что металлы из "пояса лабильности", расположенного между II и III группами таблицы Менделеева, подходят для этого лучше всех остальных. Из лантаноидов ближе всего к этому поясу лантан и церий. В дальнейших исследованиях мы будем использовать эту информацию при получении новых высокотемпературных сверхпроводников", - подытожил Оганов.