Forskning: Magnetisk vätebaserad supraledare upptäckt

2020-02-26

Att skapa supraledning vid rumstemperatur är en av dagens största utmaningar inom forskningen. Nyligen har ett vätebaserat material med jordartsmetallen lantan, en så kallad superhydrid, gett hopp om att den ultimata lösningen av gåtan skulle kunna vara nära. Uppsalafysiker har nu kunnat visa att det även finns andra superhydrider, bestående av väteatomer och jordartsmetallen neodym som är såväl magnetiskt som supraledande, och kan vara en ovanlig typ av supraledare. 

Högtemperatursupraledning upptäcktes 2019 i en ny typ av material som består av väteatomer samt jordartsmetallen lantan (La), en så kallade superhydrid. Materialet LaH10 blev supraledande vid 250 grader Kelvin, eller -23 grader Celsius, dock under väldigt högt tryck, vilket är en nackdel för teknologiska tillämpningar. Efter upptäckten inleddes en global tävling för att syntetisera andra typer av jordartsmetaller till superhydrider som skulle kunna vara mer ändamålsenliga högtemperatursupraledare vid lägre tryck.

I ett internationellt samarbete har Alex Aperis och Peter Oppeneer från Uppsala universitet tillsammans med forskare från Ryssland och Kina, framställt tidigare okända superhydrider med jordartsmetallen neodym (Nd). Särskilt intressant är det nya materialet NdH9 som blir supraledande vid 5 grader Kelvin under högt tryck. Denna övergångstemperatur är låg, men materialet upptäcktes vara såväl magnetiskt som supraledande, vilket är en ytterst ovanlig kombination. Vanligtvis utesluter magnetism och supraledning varandra.

Med hjälp av metoden Uppsala Superconductivity code som utvecklats vid Uppsala universitet utförde forskarna komplexa kvantmekaniska beräkningar på materialet och kunde utifrån dessa förklara varför materialet blir supraledande vid så låg temperatur som 5 grader Kelvin. Det magnetiska fältet på jordartsmetallen neodyms atomer sänker övergångstemperaturen avsevärt. Men det är även anledningen till att en okonventionell typ av supraledning uppstår, nämligen att materialet både är magnetiskt och supraledande, där två elektroner med samma spinn bildar magnetiska Cooperpar.

Forskarna kommer genom ytterligare experiment och beräkningar undersöka om det är just denna sällsynta typ av supraledning det rör sig om.

– Vår forskning visar särskilt att det mycket väl kan finnas nya spännande kombinationer av magnetism och supraledning som öppnar upp för etablering av exotiska materialfaser som hittills har varit okända inom fasta tillståndets fysik, säger Alex Aperis, forskare vid institutionen för fysik och astronomi.

Kontakt

Dr. Alex Aperis, 0769-212 312, alex.aperis@physics.uu.se

Artikelreferens

D. Zhou et al, High-pressure synthesis of magnetic neodymium polyhydrides. J. Am. Chem. Soc. 142, 2803-2811 (2020), Publication Date: January 22, 2020, DOI: https://dx.doi.org/10.1021/jacs.9b10439

Läs mer

Uppsala Superconductivity (UppSC) code

Camilla Thulin