化学者は水素化ウランに高温超伝導を発見

ビデオ: 化学者は水素化ウランに高温超伝導を発見

ビデオ: 京都大学 「高温超伝導発見 ベドノルツ博士(ノーベル賞受賞者)を迎えて-大学への物理学:超伝導とトポロジー」前野 悦輝(京都大学大学院理学研究科 教授)2016年2月28日 2022, 12月
化学者は水素化ウランに高温超伝導を発見
化学者は水素化ウランに高温超伝導を発見
Anonim
Image
Image

コンピュータシミュレーションと実験を使用している化学者は、ウランが中程度の圧力で高温超伝導を示す結晶性ポリハイドライドを形成できることを発見しました。 Science Advancesに掲載された記事によると、最高の超伝導温度は、熱力学的に安定した状態で摂氏-219度であった七水素化ウランUH7で見つかりました。

記録的な高温での超伝導体は、多数の水素原子を含むさまざまな元素の水素化物であることが現在知られている材料です。公式記録(摂氏-70度)は、H3S組成の硫化水素に属し、超伝導の存在が最初に理論的に予測され、その後、抵抗を減らす実験とメスバウアー効果の測定の両方で証明されました。最近、2つの研究グループが、水素化ランタンLaH10がさらに高温で超伝導体になる可能性があることを発見しました。科学者によると、それは摂氏-13度までの超伝導特性を持っています。

これらの化合物の主な問題は、必要な結晶相が非常に高い圧力でしか得られないことです。したがって、硫化水素の超電導相を得るには、155ギガパスカル(つまり、約150万気圧)の圧力が必要であり、水素化ランタンLaH10はさらに高い圧力(170万から200万気圧)で形成されます。したがって、科学者たちは、十分に高い温度でも超伝導特性を持ちながら、より低い圧力を必要とする同様の化合物を探し続けています。

Dukhov All-Russian Research Institute of Automation、Moscow Institute of Physics and Technology、SkoltechのArtem Oganovが率いるロシア、中国、米国、ドイツの科学者グループが、別の元素であるウランの水素化物ファミリーの超伝導特性をテストしました。 。

ウランが大気圧で水素と形成する唯一の安定した化合物は、UH3三水素化物です。室温で水素化ウランの個々の分子の形成が可能であり、異なる組成が可能であることも知られていましたが、ウランが他の圧力で水素とともに形成できる結晶構造の体系的な研究はこれまで行われていませんでした。

Image
Image

さまざまな組成の水素化ウランの予測される結晶構造。ウラン原子はオレンジ色で、青色は水素クラスターです。下は、水素がそのような化合物で形成できるクラスター構造を示しています。

さまざまな圧力(大気圧から500万気圧まで)でウランと水素がどのような化合物を形成するかを詳細に調査するために、科学者は最初にUSPEX結晶構造予測アルゴリズムを使用してコンピューターシミュレーションを実行しました。このアルゴリズムは、一般化された勾配近似のフレームワークにおける密度汎関数理論法と、投影に関連する平面波の方法の組み合わせに基づいています。ウランと水素のシステムの条件に応じて、13種類の水素化物の形成が可能であることが判明しました。さらに、それらのうちの5つ:UH7、UH8、UH9、U2H13、およびU2H17-は超伝導特性を持っていることがわかりました。これらの化合物のウラン原子は、面心立方または六角形の最密格子のサイトに配置され、水素は、ウラン原子の間に配置される立方H8クラスターを形成します。

七水素化ウランUH7が最高の超伝導転移温度を持っていることがわかった。この水素化物は、22万気圧の圧力で熱力学的に安定しており、摂氏-219度の温度で超伝導特性が現れます。ただし、その後圧力が低下すると、この相は準安定のままになり、転移温度は摂氏-206度に上昇します。

次に、数値モデリングによって得られたデータは、科学者が実験で確認し、5万気圧の非超伝導水素化物UH5と、31万気圧の高温超伝導体UH7とUH8 +δの両方を合成しました。 45万気圧。結晶学的データは、理論的推定を完全に確認しました。

研究の著者によると、得られた結果は、潜在的な高温超伝導体としての水素化ウランおよび他のアクチニドの研究が有望であることを示しています。超電導状態への遷移温度に関して、得られた化合物は、他の元素の両方の水素化物、例えば銅酸塩化合物よりもはるかに劣っているが、それらが得られ、安定したままである条件は、ウラン多水素化物を作る。 (および水素化アクチニウムとトリウム)非常に有望です。この研究の著者は、他の元素による化合物のドーピングを、転移温度を上げるための可能な方法の1つと呼んでいます。

Artem Oganovのグループは、2004年からUSPEXアルゴリズムに取り組んでいます。たとえば、ナトリウムと塩素の未知の化合物を予測して説明したり、新しい形態の酸化アルミニウムと超硬タングステンペンタボライドを予測したりするために使用されました。

トピックによって人気があります

人気の投稿