Một nhóm nhà khoa học, dưới sự chỉ đạo của Artem Oganov ở Skoltech và Viện Vật lí và Công nghệ Moscow, và Ivan Troyan ở Viện Tinh thể học RAS, vừa thành công trong việc tổng hợp thorium decahydride (ThH10), một vật liệu siêu dẫn với nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn rất cao, 161 kelvin. Nghiên cứu của họ được sự tài trợ của Quỹ Khoa học Nga. Các kết quả công bố trên tạp chí Materials Today.
Là một tính chất thật sự đáng chú ý của các vật liệu lượng tử, sự siêu dẫn là sự biến mất hoàn toàn của điện trở dưới các điều kiện khá đặc biệt, và thỉnh thoảng rất khắt khe. Bất chấp tiềm năng to lớn đối với các máy tính lượng tử và các detector siêu nhạy, việc ứng dụng các chất siêu dẫn vấp phải thực tế là các tính chất đáng giá của chúng thường chỉ biểu hiện ở nhiệt độ rất thấp hoặc áp suất cực kì cao.
Mãi cho đến gần đây, danh sách các chất siêu dẫn được dẫn đầu bởi một cuprate chứa thủy ngân, nó trở nên siêu dẫn ở 135 kelvin, hay -138 độ Celsius. Trong năm nay, lanthanum decahydride, LaH10, lập kỉ lục mới ở -13 C, rất sát với nhiệt độ phòng. Đáng tiếc là chất siêu dẫn đó đòi hỏi áp suất gần 2 triệu atmosphere nên khó duy trì trong các ứng dụng thực tế. Do đó, các nhà khoa học tiếp tục cuộc tìm kiếm của họ hướng tới một chất siêu dẫn giữ được các tính chất của nó ở các điều kiện chuẩn.
Cấu trúc tinh thể của thorium decahydride, ThH10.
Năm 2018, Alexander Kvashnin, một nhà nghiên cứu tại phòng lab của Oganov, đã dự đoán một vật liệu mới – thorium polyhydride, hay ThH10 – với nhiệt độ chuyển pha -32 C, sẽ bền dưới áp suất 1 triệu atmosphere. Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu từ Skoltech, MIPT, Viện Tinh thể học và Viện Vật lí Lebedev thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga (RAS) vừa thành công thu được ThH10 và nghiên cứu các tính chất truyền cùng sự siêu dẫn của nó.
Kết quả của đội nghiên cứu chứng thực cho các dự đoán lí thuyết, chứng tỏ rằng ThH10 tồn tại ở các áp suất trên 0,85 triệu atmosphere và biểu hiện sự siêu dẫn nhiệt độ cao. Các nhà khoa học trong nhóm chỉ có thể xác định nhiệt độ chuyển pha ở 0,7 triệu atmosphere và tìm thấy nó bằng -112 C, phù hợp với dự đoán lí thuyết cho giá trị áp suất đó. Điều này biến ThH10 thành một trong những chất siêu dẫn nhiệt độ cao phá kỉ lục.
“Lí thuyết hiện đại, và đặc biệt, phương pháp USPEX do tôi và các học trò của mình phát triển, lại phô trương sức mạnh dự đoán bất ngờ của chúng,” lời của giáo sư Artem Oganov. “ThH10 đẩy lùi biên giới của hóa học cổ điển và có các tính chất độc đáo đã được lí thuyết dự báo và mới được xác thực bằng thí nghiệm. Đáng chú ý nhất đó là các kết quả thí nghiệm thu được bởi phòng lab của Ivan Troyan có chất lượng rất cao.”
“Chúng tôi phát hiện thấy sự siêu dẫn đã được dự đoán trên lí thuyết đó thật sự tồn tại ở -112 C và 0,7 triệu atmosphere,” lời của Ivan Troyan. “Với sự nhất quán cao giữa lí thuyết và thí nghiệm như thế, hẳn người ta sẽ rất hào hứng kiểm tra xem ThH10 có biểu hiện siêu dẫn ở nhiệt độ lên tới -30 C, -40 C và áp suất thấp hơn dự đoán hay không.”
“Thorium hydride chỉ là một trong các vật liệu thuộc một họ chất siêu dẫn hydride vốn đông đúc và mở rộng nhanh chóng,” nghiên cứu sinh Dmitry Semenok, tác giả đứng tên đầu của nghiên cứu cho biết. “Tôi tin rằng trong những năm sắp tới, sự siêu dẫn hydride sẽ mở rộng ra khỏi phạm vi nhiệt độ rất thấp để có ứng dụng trong thiết kế các dụng cụ điện tử.”
Tham khảo: Dmitry V. Semenok et al. Superconductivity at 161 K in thorium hydride ThH10: Synthesis and properties, Materials Today (2019). DOI: 10.1016/j.mattod.2019.10.005
Nguồn: PhysOrg.com
