Επιστήμονες επιβεβαίωσαν την ύπαρξη ενός προβλεπόμενου υπεραγωγού θερμοκρασίας δωματίου, εξηγώντας παράλληλα τον μικροσκοπικό μηχανισμό που τον διαφοροποιεί από παλαιότερες ανακαλύψεις. Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review B, προσφέρει ένα θεωρητικό σχέδιο για τον μελλοντικό σχεδιασμό ανώτερων υπεραγωγικών υδριδίων.
Αναζητώντας θερμότερους υπεραγωγούς
Οι υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας αποτελούν στόχο της επιστήμης υλικών εδώ και δεκαετίες. Το 2018 διαπιστώθηκε ότι το υπερυδρίδιο LaH10 εμφανίζει υπεραγωγιμότητα στους -13 °C υπό τεράστια πίεση 188 GPa. Σε αυτές τις συνθήκες, το υλικό σταθεροποιείται σε μια πυκνή κρυσταλλική φάση όπου οι δονήσεις του πλέγματος συνδέουν τα ηλεκτρόνια σε ζεύγη Cooper.
Βασιζόμενοι στο LaH10, επιστήμονες προέβλεψαν το 2024 μια άλλη ένωση, το LaSc2H24. Το νέο αυτό υλικό παρουσίασε βελτιωμένες ιδιότητες, με κρίσιμη θερμοκρασία 43 °C σε πίεση 167 GPa, χωρίς όμως να είναι σαφής ο λόγος υπεροχής του.
Ο καθοριστικός ρόλος των ηλεκτρονίων 3d
Ερευνητική ομάδα από τα πανεπιστήμια Jilin και Zhejiang της Κίνας προσδιορίζει τώρα τις θεμελιώδεις διαφορές. Στο LaH10, η κρίσιμη θερμοκρασία περιορίζεται από την ανισοτροπία στην ηλεκτρονιακή δομή ζωνών. Αντίθετα, στο LaSc2H24, η προσθήκη σκανδίου μεταβάλλει τις ιδιότητες του υλικού.
Τα ηλεκτρόνια 3d του σκανδίου διαδραματίζουν διπλό ρόλο: τα τροχιακά τους επικαλύπτονται ισχυρά με τους περιβάλλοντες κλωβούς υδρογόνου και ανασχηματίζουν την επιφάνεια Fermi. Για να επιβεβαιώσουν τη σημασία τους, οι ερευνητές δοκίμασαν την προσθήκη ασβεστίου ή μαγνησίου. Τα υλικά αυτά αποδείχθηκαν σταθερά αλλά όχι υπεραγωγικά, επιβεβαιώνοντας ότι τα ηλεκτρόνια 3d του σκανδίου είναι απαραίτητα.
Η ανακάλυψη αυτή αναδεικνύει την προσθήκη μεταβατικών μετάλλων 3d ως μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την επίτευξη ισότροπης υπεραγωγιμότητας σε θερμοκρασία δωματίου.