I ricercatori scoprono l'idruro di stagno con le proprietà di uno strano metallo

30 agosto 2023

Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso la credibilità del contenuto:

verificato

pubblicazione sottoposta a revisione paritaria

fonte attendibile

correggere le bozze

dell'Istituto di Scienza e Tecnologia Skolkovo

Gli scienziati di Skoltech, dell'Istituto di cristallografia Shubnikov e del Centro per la ricerca avanzata sulla scienza e la tecnologia ad alta pressione (HPSTAR) di Pechino, in Cina, stanno esplorando la superconduttività dei poliidruri, composti di metalli e idrogeno formati ad alta pressione. Si prevede che questi composti funzionino a temperature più elevate rispetto ai superconduttori cuprati.

Insieme ai colleghi di altri importanti istituti di ricerca in Russia, Cina, Germania e Stati Uniti, il team ha recentemente pubblicato un articolo su Advanced Science, in cui introducono idruri di stagno precedentemente sconosciuti.

La superconduttività si riferisce alla conduzione dell'elettricità senza perdite o resistenza. I superconduttori semplificano notevolmente la trasmissione dell’elettricità e vengono utilizzati nei progressi tecnologici, ad esempio nei grandi magneti e nei computer quantistici che sono milioni di volte più veloci nel risolvere compiti oltre la capacità di un normale computer. Ora, però, questa tecnologia è molto costosa perché i superconduttori funzionano solo a temperature molto basse, per lo più inferiori a -196°C.

"Dopo la scoperta di nuovi materiali con temperature critiche quasi record, come H3S o LaH10, la superconduttività degli idruri ad alta temperatura ha iniziato a guadagnare interesse. In questo contesto, è importante comprendere e analizzare i meccanismi fisici di conduttività e superconduttività negli idruri, così come la struttura dei nuovi materiali, altrimenti potremmo ottenere dati imprecisi. I nostri studi affrontano con successo questo problema", afferma Alexander Kvashnin, coautore dello studio, professore assistente del Project Center for Energy Transition.

Il gruppo di ricerca di Skoltech e del Centro per la ricerca avanzata sulla scienza e la tecnologia ad alta pressione (HPSTAR) di Pechino esegue esperimenti per raggiungere la superconduttività a temperatura ambiente. "In precedenza, abbiamo studiato i poliidruri superconduttori di torio, ittrio, cerio, lantanio-ittrio e lantanio-cerio alla pressione fino a 2 milioni di atmosfere. La temperatura massima che siamo riusciti a raggiungere è stata di circa 253 gradi Kelvin (circa -20° C)", afferma Dmitrii Semenok, coautore dello studio e laureato alla Skoltech, ricercatore post-dottorato presso il Centro per la ricerca avanzata sulla scienza e la tecnologia ad alta pressione (HPSTAR) di Pechino.

Nel nuovo articolo, i ricercatori hanno studiato l’interazione chimica tra stagno (Sn) e idrogeno (H2) sotto la pressione di 1,8-2,4 milioni di atmosfere attraverso misurazioni del trasporto elettrico e diffrazione di cristalli singoli a raggi X di sincrotrone e polveri.

"Per gli esperimenti, utilizziamo celle a incudine di diamante ad alta pressione con due incudini di diamante che premono con forza l'una contro l'altra. Mettiamo un piccolo campione del materiale studiato tra di loro: in questo caso, il materiale era stannano liquido, un idruro di stagno molecolare SnH4: quando i diamanti vengono pressati, un'area di 50 micrometri è sottoposta ad una pressione piuttosto elevata, fino a 2–2,5 milioni di atmosfere.

"Di conseguenza, le proprietà della sostanza cambiano e compaiono nuovi composti di stagno e idrogeno. Il liquido trasparente SnH4 si trasforma in un semiconduttore, poi in metallo e infine in superconduttore con la temperatura critica di 72 Kelvin. Le proprietà di trasporto elettrico sono state analizzate con conduttori metallici spruzzato sulle incudini del diamante e facendo passare una corrente elettrica attraverso il campione. Abbiamo studiato la struttura dei nuovi idruri di stagno utilizzando la diffrazione di raggi X su cristallo singolo e polvere", descrive Semenok.