Des chercheurs découvrent de l'hydrure d'étain aux propriétés d'un métal étrange

30 août 2023

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par Institut des sciences et technologies de Skolkovo

Des scientifiques de Skoltech, de l'Institut de cristallographie Shubnikov et du Centre de recherche avancée en science et technologie à haute pression (HPSTAR) à Pékin, en Chine, explorent la supraconductivité des polyhydrures, des composés de métaux et d'hydrogène formés à haute pression. Ces composés devraient fonctionner à des températures plus élevées que les supraconducteurs cuprates.

En collaboration avec des collègues d'autres instituts de recherche de premier plan en Russie, en Chine, en Allemagne et aux États-Unis, l'équipe a récemment publié un article dans Advanced Science, dans lequel elle présente des hydrures d'étain jusqu'alors inconnus.

La supraconductivité fait référence à la conduite de l’électricité sans aucune perte ni résistance. Les supraconducteurs simplifient considérablement la transmission de l’électricité et sont utilisés dans les avancées technologiques, par exemple dans les grands aimants et les ordinateurs quantiques qui sont des millions de fois plus rapides pour résoudre des tâches dépassant la capacité d’un ordinateur normal. Mais aujourd’hui, cette technologie est très coûteuse car les supraconducteurs ne fonctionnent qu’à des températures très basses, généralement inférieures à -196°C.

"Après la découverte de nouveaux matériaux présentant des températures critiques proches des records, tels que H3S ou LaH10, la supraconductivité des hydrures à haute température a commencé à susciter un intérêt. Dans ce contexte, il est important de comprendre et d'analyser les mécanismes physiques de conductivité et de supraconductivité des hydrures, ainsi que la structure des nouveaux matériaux, sinon nous pouvons obtenir des données inexactes. Nos études abordent ce problème avec succès", déclare Alexander Kvashnin, co-auteur de l'étude et professeur adjoint du Centre de projets pour la transition énergétique.

L'équipe de recherche de Skoltech et du Centre de recherche avancée en science et technologie à haute pression (HPSTAR) de Pékin réalise des expériences pour progresser vers l'obtention d'une supraconductivité à température ambiante. "Auparavant, nous avons étudié des polyhydrides supraconducteurs de thorium, d'yttrium, de cérium, de lanthane-yttrium et de lanthane-cérium à une pression allant jusqu'à 2 millions d'atmosphères. La température maximale que nous avons réussi à atteindre était d'environ 253 degrés Kelvin (environ -20° C)", déclare Dmitrii Semenok, co-auteur de l'étude et diplômé de Skoltech, chercheur postdoctoral au Centre de recherche avancée en sciences et technologies à haute pression (HPSTAR) à Pékin.

Dans le nouvel article, les chercheurs ont étudié l’interaction chimique entre l’étain (Sn) et l’hydrogène (H2) sous une pression de 1,8 à 2,4 millions d’atmosphères grâce à des mesures de transport électrique et à la diffraction des monocristaux et des poudres par rayons X synchrotron.

"Pour les expériences, nous utilisons des cellules à enclume en diamant à haute pression avec deux enclumes en diamant qui se pressent avec force l'une contre l'autre. Nous avons placé un petit échantillon du matériau étudié entre elles. Dans ce cas, le matériau était du stannane liquide, un hydrure d'étain moléculaire. SnH4. Lorsque les diamants sont pressés, une zone de 50 micromètres subit une pression assez élevée, allant jusqu'à 2 à 2,5 millions d'atmosphères.

"En conséquence, les propriétés de la substance changent et de nouveaux composés d'étain et d'hydrogène apparaissent. Le liquide transparent SnH4 se transforme en semi-conducteur, puis en métal, et plus tard en supraconducteur à la température critique de 72 Kelvins. Les propriétés de transport électrique ont été analysées avec des fils métalliques. pulvérisé sur les enclumes de diamant et en faisant passer un courant électrique à travers l'échantillon. Nous avons étudié la structure de nouveaux hydrures d'étain par diffraction des rayons X sur monocristal et sur poudre", décrit Semenok.