Ülijuhtide otsinguil on vesiniku metalliks pressimine olnud teaduse huviorbiidis aastaid. Otsingud said alguse teoreetikute mudelitest, mille kohaselt on metalliseerunud vesinik ülijuht. Varem võimatuna tundunud eesmärk on leidmas uusi lahendusi.
Arvatakse, et Jupiteri ja Saturni tugeva gravitatsiooniväljaga sisemuses on vedelmetallilist vesinikku külluses. Seni pole aga Maal suudetud vesiniku metalliseerimiseks vajalikke rõhkusid saavutada. Suunatud lööklainetega on teatud edusamme saavutatud, aga teemant-katserakkudel põhinevad eksperimendid on näidanud, et isegi Maa tuuma siserõhul on vesinik veel isolaator.
Buffalo Ülikooli teadlased on ülisuure rõhu tekitamisele leidnud alternatiivlahenduse. Tuleb vaid vesinikule lisada naatriumit. Välise elemendi lisamisega on teadlaste sõnul võimalik kahe metalli segu ülijuhtiv olek saavutada oluliselt madalamal rõhul.
Uurimustöö avaldati 10. juunil Physical Review Lettersis. Artikli autoriteks on Buffalo Ülikooli dotsent Eva Zurek ja postdok Pio Baettig.
Kasutades vabavarana saadaval olevat arvutiprogrammi XtalOpt, uurisid Zurek ja Baettig naatriumi polühüdriidi NaH9 ülijuhi omadusi. Evolutsioonalgoritmil põhinev programm leiab kvantmehaaniliste meetoditega kõrgrõhuliste tahkiste stabiilseimad geomeetriad ja kristallstruktuurid.
Tulemusi analüüsides leidsid Baettig ja Zurek, et NaH9, milles sisaldub ühe naatriumi aatomi kohta üheksa vesiniku aatomit, peaks ligikaudu 250GPa rõhu juures muutuma ülijuhiks. Sellist rõhku on võimalik laboratoorses keskkonnas saavutada. Atmosfääri normaalrõhk on sellest 2.5 miljonit korda väiksem. Maa tuuma lähedane rõhk on aga suurem, 3.5GPa.
“Tegemist on algusjärgus oleva uurimustööga,” ütleb Zurek, kes on elukutselt teoreetiline keemik. “Kui meil õnnestuks vesinik metalliseerida, saaks me ülijuhtide omadustest rohkem teada ja jõuaksime lähemale toatemperatuursele ülijuhile.”
Ülijuhttehnoloogiad tooksid elektrienergia jaotusvõrkude tehnoloogiasse suure läbimurde, sest ülijuhil puudub elektritakistus ja kaod on minimaalsed.
2009. aasta oktoobris avaldasid Zurek ja Hoffman koos teiste kolleegidega artikli liitium-polühüdriide (LiH6) kõrgel rõhul avalduvatest metallilistest omadustest. LiH6 on liitiumi ja vesiniku segu, milles on iga kuue vesiniku aatomi kohta üks liitiumi aatom. LiH6 metalliline olek on saavutatav miljoni atmosfäärilise rõhu all. Looduses NiH6 ja NaH9 stabiilses olekus ei eksisteeri, küll aga on stabiilsus kõrgetel rõhkudel saavutatav.
“Olen alati öelnud, et kõrgetel rõhkudel toimuvad protsessid erinevad normaalrõhulistest,” ütleb Zurek. “Kõrgel rõhul võivad teineteise suhtes inertsed ühendid seninägematutel viisidel reageerida ja seguneda. Näiteks muutub tavaolekus isolaatorina töötav jood juhtivaks metalliks, naatrium aga isolaatoriks. Meie eesmärk on teoreetiliste modelleerimismeetoditega aidata arendada uut laadi kõrgrõhkseid ülijuhte ja ennustada uusi materjalide omadusi.”
Allikas: PhysOrg
Leave a Reply