研究者が奇妙な金属の特性を持つ水素化スズを発見

2023年8月30日

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スコルコボ科学技術研究所による

スコルテック、シュブニコフ結晶学研究所、中国北京の高圧科学技術先端研究センター（HPSTAR）の科学者らは、高圧で形成される金属と水素の化合物であるポリ水素化物の超伝導性を研究している。 これらの化合物は、銅酸化物超伝導体よりも高温で機能すると期待されています。

ロシア、中国、ドイツ、米国の他の有力な研究機関の同僚と共同で、チームは最近、Advanced Scienceに論文を発表し、これまで知られていなかった錫水素化物を紹介した。

超伝導とは、損失や抵抗なく電気を伝導することを指します。 超伝導体は電気の伝達を大幅に簡素化し、技術の進歩に使用されます。たとえば、通常のコンピューターの能力を超えたタスクを百万倍も高速に解決する大型磁石や量子コンピューターなどに使用されます。 しかし現在、超伝導体は非常に低い温度 (ほとんどの場合 -196 ℃ 以下) でのみ機能するため、この技術は非常に高価です。

「H3S や LaH10 など、記録に近い臨界温度を持つ新材料が発見されてから、高温水素化物超伝導に関心が集まり始めました。これに関連して、水素化物における伝導性と超伝導の物理的メカニズムを理解し、分析することが重要です。そうでないと、不正確なデータが得られる可能性があります。私たちの研究はこの問題にうまく対処しました」と研究の共著者であり、エネルギー転換プロジェクトセンターの助教授であるアレクサンダー・クヴァシュニン氏は述べています。

スコルテックと北京の高圧科学技術先端研究センター（HPSTAR）の研究チームは、室温超電導の実現に向けて実験を行っている。 「以前、私たちはトリウム、イットリウム、セリウム、ランタン-イットリウム、ランタン-セリウムの超電導ポリ水素化物を最大200万気圧の圧力で研究しました。私たちが達成できた最高温度は約253ケルビン(約-20度)でした。 C)」と、研究共著者でスコルテック卒業生、北京の高圧科学技術先端研究センター(HPSTAR)の博士研究員であるドミトリイ・セメノク氏は言う。

新しい論文では、研究者らは、電気輸送測定とシンクロトロンX線単結晶および粉末回折を通じて、180万〜240万気圧の圧力下でのスズ（Sn）と水素（H2）の間の化学相互作用を研究した。

「実験では、互いに強く押し付けられる 2 つのダイヤモンド アンビルを備えた高圧ダイヤモンド アンビル セルを使用します。それらの間に研究材料の少量のサンプルを置きました。この場合、材料は液体スタンナン、分子状スズ水素化物でした」 SnH4: ダイヤモンドをプレスすると、50 マイクロメートルの領域に最大 200 ～ 250 万気圧という非常に高い圧力がかかります。

「その結果、物質の性質が変化し、スズと水素の新しい化合物が現れます。透明な液体SnH4は半導体に変化し、次に金属に変化し、その後臨界温度72ケルビンの超伝導体に変化します。電気輸送特性は金属リード線で分析されました」 「これは、ダイヤモンドアンビル上でスパッタリングされ、サンプルに電流を流すことによって行われました。私たちは、単結晶と粉末 X 線回折を使用して、新しい水素化スズの構造を研究しました」と Semenok 氏は説明します。