Mednarodna ekipa raziskovalcev, je ugotovila, da so vodikovi atomi v kovinskih hidridih veliko bolj gosto posejani, kot je bilo mišljeno v zadnjih desetletjih, kar bi lahko omogočalo superprevodnost že pri podobni temperaturi in tlaku, kot ju srečujemo v vsakdanjem življenju, za razliko od hlajenih komor, v katerih so pojav izkoriščali do sedaj.
Takšen superprevodni material bi bil revolucija na področju energetike in elektronike, saj bi zaradi nične upornosti omogočal prenos energije brez izgub v industriji in vsakdanji rabi. Znanstveniki v nacionalnem laboratoriju Oakley Ridgeza energijo(ORNL), so izvedli teste nevtronskega razpršenja na vzorcih cirkonij vanadijevega hidrida na obsegu temperatur od -268 do -23° C. Ta temperaturni obseg je veliko večji od razponov superprevodnosti do sedaj odkritih materialov.
Svoje ugotovitve so objavili v Proceedings of the National Academy of Science, kjer so pojasnili svoja prva opažanja nepričakovanih razdalj med vodikovimi atomi v kovinskem hidridu. Te so bile do 1,6 angstrema poprej pa so bile predvidene razdalje med njimi 2,1 angstrema. Te medatomske razdalje zelo veliko obetajo, saj vodik v teh kovinah vpliva na njihove električne lastnosti. Materiali s podobno razporeditvijo elektronov izkazujejo superprevodnost, a šele pod visokimi pritiski.
Ekipa raziskovalcev je bila sestavljena iz članov švicarskega inštituta za materialne znanosti in tehnologijo (EMPA), univerze v Zürichu, Poljske akademije znanosti, Čikaške univerze UIC in ORNL.
»Nekateri obetavni superprevodniki, ki delujejo na ‘visokih temperaturah’ (okrog -268˚° C), kot je na primer lantanijev dekahidrid, izkazujejo superprevodne lastnosti le pod visokimi tlaki, približno milijon in pol barov, kar je skoraj 1400 krat večji pritisk, kot na dnu najgloblje točke oceana,« je dejal Russel J. Hemley, profesor naravoslovnih študij na univerzi UIC v Čikagu. »Znanstveniki že desetletja iščejo in ustvarjajo materiale, ki bi bili sposobni super-prevajati pri sobni temperaturi in običajnem atmosferskem tlaku. To bi inženirjem omogočalo razvoj sistemov in naprav za vsakdanjo uporabo na osnovi superprevodnikov. Upamo, da bo cirkonij vanadijev hidrid, kot stabilen in poceni material z ustreznimi prilagoditvami ponujal takšne super prevodniške zmožnosti.«
Raziskovalci so preizkusili interakcije vodika v kovinskem hidridu z nevtronsko vibracijsko spektroskopijo z virom spalacijskih nevtronov v laboratoriju ORNL. Spekter dobljenega signala pa se ni ujemal s predvidevanji, saj je spekter vseboval nepričakovano visoko amplitudo pri 50 mEV.
Pomen tega podatka pa so ugotovili šele, ko so razvili strategijo za obdelavo podatkov na superračunalniku Titan v Oak Ridge-u. Titan je eden najhitrejših superračunalnikov na svetu s sistemom Cray XK7, ki ima računsko zmogljivost do 27 petaflopov.
»ORNL je edino mesto na svetu, ki ima na razpolago enega najboljših virov nevtronov in najhitrejših superračunalnikov na svetu,« je povedal Timmy Ramirez-Cuesta, vodja ekipe za kemično spektroskopijo. »Tako smo lahko združili izjemno obsežne merske rezultate z opremo, ki nam je omogočala njihovo obdelavo in tako ugotovili zakaj je prišlo do nepričakovanih rezultatov meritve. Za to smo morali izvesti 3200 ločenih simulacij, kar je zasedlo 17% Titanove procesorske moči za skoraj en teden. Takšna naloga bi povprečnemu osebnemu računalniku vzela 10 do 20 let.«
Računalniške simulacije in dodatni eksperimenti, ki so ovrgli alternativna pojasnila so razkrili, da pride do takšne spektralne emisije le takrat, ko so razdalje med vodikovimi atomi manjše od dveh angstremov, kar v kovinskih hidridih do sedaj še ni bilo opaženo pri sobnih pogojih. Njihovo odkritje predstavlja prvo izjemo Switendickovega kriterija, ki pravi, da je minimalna razdalja med atomi vodika v stabilnih kovinskih hidridih, ob sobnih pogojih, dva angstrema.
»Pomembno vprašanje je, če je ta pojav omejen na cirkonij vanadijev hidrid,« je dejal Andreas Borgschulte, vodja ekipe za spektroskopijo vodika. »V naših izračunih in simulacijah smo uspeli reproducirati enake spektroskopske meritve le z medatomskimi razdaljami manjšimi od dveh angstremov.«
V sledečih eksperimentih namerava ekipa cirkonij vanadijevemu hidridu dodati vodikove atome in preizkusiti njegovo prevodnost pri različnih tlakih. Meritve, ki jih bodo zajeli, bodo obdelali s superačunalnikom Summit iz ORNL. Ta je z dvesto petaflopi računske zmogljivosti več kot sedemkrat zmoglivejši od Titana.
