Polihidreto de tântalo junta-se à classe emergente de supercondutores de alta pressão – Physics World

Polihidreto de tântalo junta-se à classe emergente de supercondutores de alta pressão – Physics World

Carimbo de data / hora: 19 de junho de 2023 4h00

Um gráfico que mostra a dependência da temperatura da resistência para uma amostra de polihidreto de tântalo medida a 197 GPa. Uma inserção mostra uma visão ampliada da curva de resistência e sua derivada de temperatura para mostrar a transição supercondutora.
Transição supercondutora: o polihidreto de tântalo torna-se um supercondutor a uma temperatura de 30 K e pressões de cerca de 200 gigapascais. (Cortesia: C Jin)

O polihidreto de tântalo se torna um supercondutor a uma temperatura de 30 K e pressões de cerca de 200 gigapascais (GPa), dizem pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências em Pequim. Isso marca a primeira vez que a supercondutividade foi observada em um hidreto feito de um metal de transição do Grupo 5, e membros da equipe de pesquisa dizem que a descoberta pode abrir caminho para a síntese de hidrogênio metálico.

Supercondutores são materiais que transportam corrente elétrica sem resistência elétrica quando resfriados abaixo de sua temperatura de transição supercondutora (Tc). Eles são usados ​​em aplicações que vão desde os ímãs de alto campo em scanners de ressonância magnética e aceleradores de partículas até bits quânticos em computadores quânticos. No entanto, Tc para a maioria dos supercondutores é apenas alguns graus acima do zero absoluto, e mesmo os chamados supercondutores de alta temperatura devem ser resfriados abaixo de 150 K antes de poderem conduzir eletricidade sem resistência. Os pesquisadores estão, portanto, buscando desenvolver materiais que permaneçam supercondutores em temperaturas mais altas e, idealmente, à temperatura ambiente.

Hidretos ocupam o centro do palco

Em teoria, o estado metálico do hidrogênio, que se espera ocorrer a pressões extremamente altas, deveria ser um supercondutor à temperatura ambiente. Infelizmente, é muito difícil tornar o hidrogênio puro metálico. Como alternativa, os cientistas começaram a investigar os hidretos, que são compostos formados por hidrogênio e um metal.

Nos últimos anos, descobriu-se que o hidreto de enxofre e os poli-hidretos são supercondutores a temperaturas acima de 200 K, embora apenas a pressões mais de um milhão de vezes superiores à pressão atmosférica ao nível do mar. Outros materiais supercondutores nesta classe incluem hidretos de terras raras como LaH10 e YH9 e hidretos alcalino-terrosos como CaH6. Os hidretos contendo zircônio, lutécio e estanho também têm um teor moderadamente alto. Tc.

A maioria dos metais de transição 3D tem spins de elétrons locais que tendem a exibir flutuações magnéticas que se opõem à supercondutividade. Por esse motivo, os pesquisadores voltaram sua atenção para os metais de transição 5d, como Hf e Ta. De fato, o polihidreto de háfnio torna-se supercondutor em torno de 83 K.

Um novo polihidreto

Uma equipe de pesquisadores liderada por Changqing Jin agora sintetizaram um hidreto supercondutor adicional, polihidreto de tântalo (TaH3). Eles realizaram seu experimento colocando o material em uma célula de bigorna de diamante e, a uma pressão de 200 GPa, observaram que ele superconduz em torno de 30 K. Isso o torna o primeiro hidreto supercondutor a ser feito a partir de metais do Grupo 5, diz Jin. e colegas, que investigaram a fase supercondutora usando no local condutância elétrica, bem como medições de difração de raios-X em altas pressões.

Jin explica que o tântalo tem alta tolerância a elementos intersticiais e pode acomodar mais de três átomos de hidrogênio em sua estrutura. No entanto, esses átomos estão muito distantes uns dos outros para que os elétrons saltem diretamente entre diferentes locais no material e produzam uma corrente elétrica sem dissipação. “Sugerimos, portanto, que a supercondutividade que observamos esteja relacionada à hibridação entre os orbitais de Ta e H”, conta ele. Mundo da física. “Isso é totalmente diferente do que se espera para supercondutores de hidreto de cálcio ou polihidreto de terras raras, nos quais o elétron pode pular diretamente entre os átomos de H adjacentes que formam uma gaiola muito densa”.

A observação da supercondutividade no TaH3 implica que o hidrogênio metálico pode ser obtido através da metalização de uma ligação covalente entre H e outros elementos. Os pesquisadores, que relatam seus trabalhos em Letras de Física Chinesa, dizem que agora planejam explorar outros supercondutores de polihidreto contendo essas ligações covalentes.

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