Periodinė lentelė atskleidžia galimus superlaidininkus

Tinkamumą aukšto temperatūros superlaidininkui galima nuskaityti pradiniu elektronų pasiskirstymu

Ieškant naujų aukštos temperatūros superlaidininkų, ateityje gali pakakti pažvelgti į periodinę lentelę. © Jokūbas M. / istock
skaityti garsiai

Paslėpti panašumai: Ieškant naujų aukštos temperatūros superlaidininkų, ateityje gali pakakti pažvelgti į periodinę elementų lentelę. Kadangi Rusijos chemikai nustatė, kad šių medžiagų laidumas be varža yra pagrįstas elementariu dėsningumu. Atitinkamai, vandenilio junginiai su tam tikros elektronų konfigūracijos metalais yra ypač palankūs - ir tai galima perskaityti iš periodinės lentelės.

Superlaidininkai yra medžiagos, kurios elektronus praleidžia be varžos. Šių medžiagų kristalų gardelėse esančios specialios elektronų būsenos įgalina laidumą be nuostolių. Tačiau: įprastuose superlaidintuvuose tai įvyksta tik esant temperatūrai, šiek tiek aukštesnei nei absoliutus nulis - gana nepalanki praktiniam pritaikymui.

Aukštos temperatūros superlaidininkų mįslė

Dar įdomiau yra kai kurių medžiagų, kurios tampa superlaidžios net esant žymiai aukštesnei temperatūrai, atradimas. Tarp jų yra ir specialių vario junginių, vadinamųjų kupratų, ir vandenilio sulfido (H 2 S). Tai tampa superlaidžiu esant labai aukštam slėgiui net esant minus 70 laipsnių - tai yra rekordas.

Problema ta, kad iki šiol buvo atsitiktinumas, kai chemikai susidūrė su naujais aukštų temperatūrų superlaidininkais. Nes ryšys tarp šios egzotinės savybės ir šių medžiagų cheminės struktūros iki šiol nėra aiškus. Tyrėjai nežino, kodėl kai kurie junginiai tam tikromis sąlygomis tampa superlaidūs, o kiti ne. Taigi naujų superlaidininkų paieška daugiausia grindžiama bandymu ir klaidomis.

Kur yra panašumų?

Bet tai galėjo pasikeisti dabar. Artemui Oganovui iš Maskvos fizikos ir technologijos instituto ir jo kolegoms pavyko sužinoti apie teisėtumą, kuris ateityje galėtų padėti aptikti naujus taikomus aukštos temperatūros superlaidininkus. Savo tyrimui jie sąmoningai pažvelgė į superlaidžių metalų hidridų - metalų junginių su vandeniliu - grupę. displėjus

Jūsų įtarimas: galbūt slypi savybė užtikrinti aukštą temperatūros superlaidumą, taigi tam tikra dalyvaujančių elementų elektronų konfigūracija. Tada būtų galima atpažinti ypač perspektyvius kandidatus tiesiai į jų vietą elementų periodinėje lentelėje.

Elektronų konfigūracija kaip vadovas

Tuomet, kai tyrėjai palygino kai kuriuos anksčiau žinomus superlaidininkus, jie pastebėjo kai ką: Tarp aukštos temperatūros superlaidininkų yra ypač daug hidridų su metalo atomais, kurių d orbitalėse yra tik vienas elektronas, kaip ir aktiniume bei kituose skandžio grupės elementuose., Ne mažiau naudinga yra kai kurių šarminių žemės metalų hidridų elektronų konfigūracija.

Ar tai gali būti paslaptis naujiems aukštos temperatūros superlaidininkams? Norėdami tai išbandyti, Oganovas ir jo kolegos dabar sąmoningai išbandė kai kuriuos aktiniumhidridus, kurių superlaidumo būsena anksčiau nebuvo žinoma. Ir iš tiesų: šie junginiai pasirodė esą aukšto lygio superlaidininkai. „Todėl mes postuluojame, kad metalai, turintys p0 ir d1 elektronų konfigūraciją ir žemoje padėtyje esančius tuščius orbitalius, linkę virsti polihidrais aukštatemperatūriams superlaidininkams“, - sako tyrėjai.

„Šis superlaidumo ir periodinės lentelės santykio principas yra labai paprastas“, - sako Oganovas. „Išties nuostabu, kad apie tai anksčiau niekas nė nepagalvojo.“ Jis ir jo kolegos dabar tikisi, kad jų naujos įžvalgos palengvins naujų superlaidų paieškas ir galbūt netgi pavyks pagaliau rasti jau egzistuojančią medžiagą. kambario temperatūroje tampa superlaidžios. (Žurnalas „Physical Chemistry Letters“, 2018; doi: 10.1021 / acs.jpclett.8b00615)

(Maskvos fizikos ir technologijos institutas, 2018 4 18 - NPO)