O polihidreto de tântalo junta-se à classe emergente de produtos de alta

Jul 17, 2023

O poli-hidreto de tântalo torna-se 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. Isto marca a primeira vez que a supercondutividade foi observada num hidreto feito de um metal de transição do Grupo 5, e membros da equipa de investigação dizem que a descoberta pode abrir caminho para a síntese do hidrogénio 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 ímãs de alto campo em scanners de ressonância magnética e aceleradores de partículas até bits quânticos em computadores quânticos. No entanto, a Tc para a maioria dos supercondutores está apenas alguns graus acima do zero absoluto, e mesmo os chamados supercondutores de alta temperatura devem ser resfriados abaixo de 150 K antes que possam conduzir eletricidade sem resistência. Os investigadores procuram, portanto, desenvolver materiais que permaneçam supercondutores a temperaturas mais elevadas e, idealmente, à temperatura ambiente.

Em teoria, o estado metálico do hidrogênio, que se espera que ocorra em 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 hidretos, compostos constituídos por hidrogênio e um metal.

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

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

Uma equipe de pesquisadores liderada por Changqing Jin sintetizou agora um hidreto supercondutor adicional, o polihidreto de tântalo (TaH3). Eles realizaram seu experimento colocando o material em uma bigorna de diamante e, a uma pressão de 200 GPa, observaram que ele superconduz a cerca de 30 K. Isso o torna o primeiro hidreto supercondutor a ser feito a partir dos metais do Grupo 5, diz Jin. e colegas, que investigaram a fase supercondutora usando condutância elétrica in situ, bem como medições de difração de raios X em altas pressões.

Evidência de supercondutividade 'quase ambiente' encontrada no hidreto de lutécio

Jin explica que o tântalo tem alta tolerância a elementos intersticiais e pode acomodar mais de três átomos de hidrogênio em sua rede. No entanto, esses átomos estão muito espaçados uns dos outros para que os elétrons saltem diretamente entre diferentes locais do material e produzam uma corrente elétrica sem dissipação. “Sugerimos, portanto, que a supercondutividade que observamos está relacionada à hibridização entre os orbitais Ta e H”, disse ele à Physics World. “Isso é totalmente diferente do que é esperado para supercondutores de hidreto de cálcio ou polihidreto de terras raras, nos quais o elétron pode saltar diretamente entre átomos de H adjacentes que formam uma gaiola muito densa.”

A observação da supercondutividade em TaH3 implica que o hidrogênio metálico pode ser realizado através da metalização de uma ligação covalente entre o H e outros elementos. Os pesquisadores, que relatam seu trabalho na revista Chinese Physics Letters, dizem que agora planejam explorar outros supercondutores de polihidreto contendo essas ligações covalentes.