В статье, опубликованной в Physical Review Letters, лаборатория Ранги Диаса, доцента кафедры машиностроения, физики и астрономии, описывает отделение атомов водорода от иттрия тонкой пленкой палладия.
«Это совершенно новый метод, который никто раньше не использовал для синтеза супергидридов под высоким давлением», – говорит Диас.
Материалы, богатые водородом, имеют решающее значение в поисках сверхпроводников при комнатной температуре, потому что «вам нужны более прочные связи и легкие элементы. Это два основных критерия », – говорит Диас. «Водород – самый легкий материал, а водородная связь – одна из самых прочных."
Известно, что палладий является очень хорошим катализатором для «разрушения молекул водорода и диффузии их в любой материал, который вы хотите изучить», – говорит Диас. В этом случае крошечный слой палладия защищает иттрий, химически активный переходный металл, от окисления, но в то же время расщепляет водород на отдельные атомы, которые затем переносятся в иттрий.
Это делается внутри алмазной наковальни, которая используется для сжатия материалов.
Получающийся в результате супергидрид иттрия обладает сверхпроводимостью при температуре 12 градусов по Фаренгейту и примерно 26 миллионов фунтов на квадратный дюйм, что все еще слишком высоко для практического применения. Но это значительное улучшение по сравнению с материалами при комнатной температуре, о которых исследователи сообщили прошлой осенью в Nature.
В этой статье исследователи сообщают о соединении водорода с углеродом и серой, что составляет около 36 миллионов фунтов на квадратный дюйм сверхпроводимости. (Давление на уровне моря составляет около 15 фунтов на квадратный дюйм.) «Мы продолжим использовать этот новый метод для синтеза новых сверхпроводящих материалов при атмосферном давлении», – говорит Диас.
Исследователи использовали рамановскую спектроскопию, которая, по их мнению, более эффективна, чем методы дифракции рентгеновских лучей, которые традиционно используются для измерения поведения атомов водорода.
Чтобы подтвердить это, исследователи сотрудничали с Евой Зурек, профессором химии в Государственном университете в Буффало, которая подготовила теоретические модели поведения атомов водорода при переносе в иттрий. По словам Диаса, эти модели "хорошо согласуются" с экспериментальными данными лаборатории.
Среди других соавторов статьи – ведущий автор Эллиот Снайдер ’19 (MS), Натан Дасенброк-Гаммон ’18 (MA), Рэймонд Макбрайд ’20 (MS) и Ноа Мейерс, все из лаборатории Dias; Сяоюй Ван из государственного университета в Буффало; и Кейт Лоулор и Ашкан Саламат из Университета Невады в Лас-Вегасе.
Сверхпроводимость, впервые обнаруженная в 1911 году, придает материалам два ключевых свойства.
Электрическое сопротивление исчезает. И любое подобие магнитного поля исключается из-за явления, называемого эффектом Мейснера. Силовые линии магнитного поля должны проходить вокруг сверхпроводящего материала, что позволяет поднимать такие материалы в воздух, что можно использовать для создания высокоскоростных поездов без трения, известных как поезда на магнитной подвеске.
Сверхпроводящие материалы также могут найти применение в медицинских методах визуализации и сканирования, таких как МРТ и магнитокардиография; более быстрая и эффективная электроника для цифровой логики и запоминающих устройств.