Российские ученые знают, как достичь сверхпроводимости при комнатной температуре

Ученые всего мира, в том числе российские, ведут активный поиск соединений, обладающих сверхпроводимостью при температурах, близких к комнатной, но нетребующих при этом запредельных уровней давления.

Ученые Сколтеха и их китайские коллеги экспериментально продемонстрировали сверхпроводимость усупергидридов церия CeH9 и CeH10, сделав важный шаг на пути к созданию материалов, способных переходить в сверхпроводящее состояние при комнатной температуре и более низких давлениях. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Сверхпроводимость— чрезвычайно интересное физическое свойство некоторых материалов, обусловленное отсутствием потерь энергии и, следовательно, нулевым электрическим сопротивлением материала.

Однако достижение сверхпроводимости— задача не из легких. Добиться сверхпроводимости можно либо при экстремально низких температурах (не выше 135 К, что соответствует −138 оС), либо при экстремально высоком давлении (в 2019 году ученые установили, что гидрид лантана LaH10 становится сверхпроводником при температуре −23 оС и давлении в 1,7 миллиона атмосфер, а в 2020 году сверхпроводимость была обнаружена у вещества с неизвестным составом всистеме S-C-H при температуре +15 оС и давлении в 2,7 миллиона атмосфер).

Ученые ведут активный поиск соединений, обладающих сверхпроводимостью при температурах, близких к комнатной, но нетребующих при этом запредельных уровней давления.

Профессор Сколтеха Артем Р. Оганов и аспирант Дмитрий Семенок уже не первый год проводят теоретические и экспериментальные исследования в области сверхпроводимости. Недавно они совместно с группой китайских ученых под руководством профессоров Тиан Цуи (Tian Cui) и Сяоли Хуанг (Xiaoli Huang) из Цзилиньского университета завершили очередное исследование, в ходе которого сверхпроводимость была продемонстрирована у двух супергидридов церия— открытого в 2019 году CeH9 и у впервые синтезированного CeH10.

«Гидриды церия отличаются тем, что демонстрируют стабильность и сверхпроводимость с критической температурой до 100–110 K при более низких давлениях (около 0,8 миллиона атмосфер) по сравнению со всеми остальными супергидридами. Эти соединения— идеальный объект для дальнейших исследований механизма сверхпроводимости гидридов, а также создания других сверхпроводников, обладающих стабильностью при еще более низких давлениях»,— говорится встатье.

«Ранее мы установили, что между положением элемента в Периодической системе Менделеева исверхпроводимостью гидрида существует очень тесная связь, и, как мы полагаем, это относится не только к гидридам. Например, лантан (La) и церий (Ce) в таблице Менделеева располагаются пососедству, и гидриды этих элементов являются высокотемпературными сверхпроводниками, но ведут они себя по-разному: LaH10 переходит в сверхпроводящее состояние при более высоких температурах, вто время как CeH10 обладает стабильностью при более низких давлениях»,— отмечает профессор Артем Р.Оганов.

Авторы статьи подчеркивают, что большинство бинарных гидридов уже изучены. «Теперь нам предстоит понять, каким образом нужно соединить элементы, чтобы достигнуть сверхпроводимости при более высоких температурах и более низком давлении в тройных гидридах. Элементы, дающие высокотемпературные сверхпроводники, нам уже хорошо известны; остается только понять, какие их комбинации можно стабилизировать при более низких давлениях. Образно говоря, отдельные ноты унас уже есть, и нам нужно включить воображение, чтобы эти ноты сложились в красивую мелодию»,— добавляет Дмитрий Семенок.

Исследование проводилось с участием специалистов Цзилиньского университета, Университета Нинбо иЦентра перспективных исследований и технологий высокого давления (КНР).