04.04.2024

Neue Yttrium-Wasserstoff-Verbindungen entdeckt

Durchbruch für die Erforschung der Hochdruck-Supraleitung.

Forscher der Uni Bayreuth ist mit der Entdeckung neuer Yttrium-Wasserstoff-Verbindungen ein bedeutender wissenschaftlicher Durchbruch gelungen, der für die Erforschung der Hochdruck-Supraleitung von großer Bedeutung ist. Unter Hochdruck-Supraleitung versteht man die Eigenschaft von Materialien, unter bestimmten Druckbedingungen supraleitend zu werden. Mehrere Seltene-Erden-Superhydride sind dafür bekannt, dass sie bei hohem Druck nahezu bei Raumtemperatur supraleitend sind. In den meisten Fällen sind sie Produkte chemischer Reaktionen, die in Diamant-Ambosszellen bei extremen Drücken und Temperaturen durchgeführt werden. Ihre Phasen- und chemische Zusammensetzung ist oft nicht bekannt, so dass die Behauptung der Supraleitfähigkeit nicht ganz gerechtfertigt ist, da die messbare kritische Temperatur von vielen Faktoren abhängt, darunter die Phasenreinheit der Probe und der Wasserstoffgehalt in den Hydriden. Daher wird die Existenz von Hochdruck-Supraleitern in der Nähe der Raumtemperatur immer noch geprüft.

Abb.: Die Kristallstrukturen von zwei Yttriumhydriden.
Abb.: Die Kristallstrukturen von zwei Yttriumhydriden mit den chemischen Formeln Y4H23 (oben) und Y3H11 (unten). Die Yttriumatome sind grün, die miteinander verbundenen Wasserstoffatome sind hellrosa.
Quelle: U. Bayreuth

Der Einsatz der modernen Methode der Synchrotron-Einkristall-Röntgenbeugung an mehrphasigen mikrokristallinen Proben, die in der Gruppe von Natalia Dubrovinskaia und Leonid Dubrovinsky an der Uni Bayreuth entwickelt wurde, ermöglichte es, die chemische Komplexität und den Reichtum des Yttrium-Wasserstoff-Systems unter Hochdruck- und Hochtemperaturbedingungen zu entschlüsseln. Bei Drücken bis zu etwa 170 Gigapascal identifizierte das Team fünf neue Yttriumhydride mit einzigartigen Strukturen. Diese Verbindungen wurden in Diamant-Ambosszellen durch Lasererwärmung von Y-H-Proben – Yttrium mit wasserstoffreichem Ammoniakboran oder Paraffinöl – auf bis zu 3500 Kelvin synthetisiert.

Die Einkristall-Röntgenbeugung liefert wertvolle Erkenntnisse über die Anordnung der Yttriumatome in den Kristallstrukturen dieser neu entdeckten Phasen. Der Wasserstoffgehalt wurde anhand empirischer Beziehungen und ab-initio-Berechnungen geschätzt, die die spezifische Zusammensetzung für jede Verbindung ergaben, was auf den Reichtum des Y-H-Systems und die Vielfalt der Yttriumhydride unter Hochdruckbedingungen hinweist.

„Die Studie unterstreicht die Komplexität des Yttrium-Wasserstoff-Systems und seinen mehrphasigen Charakter bei hohem Druck“, erklärt Alena Aslandukova von der Uni Bayreuth. „Die Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zu unserem Verständnis des Materialverhaltens unter extremen Bedingungen und der Art der potenziell supraleitenden Hydride.“

U. Bayreuth / RK

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