Группа российских ученых под руководством профессора Артема Оганова из Сколковского института науки и технологий нашла уникальные высокотемпературные сверхпроводники, чья критическая температура сверхпроводимости достигает минус 20 градусов Цельсия (253 кельвина). Статья с результатами исследования опубликована в журнале Materials Today. Подробнее ознакомится с научной работой можно по препринту на сайте arXiv.
Специалисты изучили свойства необычных веществ, называемых супергидридами, которые имеют необычно высокое число атомов водорода. Среди них хорошо известен супергидрид серы (H3S), обладающий высокотемпературной сверхпроводимостью от минус 82 до минус 69 градусов Цельсия (191-204 Кельвина). По сути это соединение представляет собой легированный металлический водород, становящийся сверхпроводимым при давлении 1,5 миллиона атмосфер (металлический водород в естественном виде находится в недрах газовых гигантов — прим. Ленты.ру). Оно побило долгое время удерживаемый рекорд соединений меди (купратов), у которых сверхпроводимость наступает при 92 кельвинах.
Недавно были успешно синтезированы еще более высокотемпературные проводники на основе гидридов лантана (LaH10) и иттрия (YH6 и YH9). Но поскольку возможности последних (называемых двойными гидридами) были исчерпаны, ученые перешли к исследованию тройных гидридов, в которых водород связан с металлическим сплавом, например, из иттрия и лантана (La-Y).
В новой научной работе химики экспериментально изучили свойства сверхпроводимости у гексагидрида с общей формулой La(x)Y(1–x)H6 и декагидрида (La(x)Y(1–x)H10). Предыдущие теоретические исследования показали, что у таких гидридов, называемых тройными, критическая температура сверхпроводимости растет по сравнению с бинарными гидридами. Предсказано, что у La–Y–H температура сверхпроводимости может достигать 274 кельвинов (почти один градус Цельсия) при давлении 190 гигапаскаль (1,8 миллиона атмосфер).
Образцы сжимались в ячейках с алмазными наковальнями для достижения давления 165–196 гигапаскалей и нагревались серией лазерных импульсов длительностью в миллисекунду. Оказалось, что критическая температура сверхпроводимости у гексагидрида достигает 237±5 кельвинов, а у декагидрида приблизительно 253 кельвина. Таким образом, российским ученым удалось получить уникальные высокотемпературные сверхпроводники на основе тройных гидридов. Они пока уступают бинарным гидридам, например, LaH10 (рекорд 260 К при 170 гигапаскаль), однако по плотности сверхпроводящего тока декагидрид сравним с промышленными сверхпроводниками типа NbTi или Nb3Sn.
Результаты исследования продемонстрировали, что хотя супергидриды с большим числом водорода становятся нестабильными в чистом виде, что ограничивает использование бинарных гидридов, их можно стабилизировать в виде тройных гидридов, что открывает путь к созданию сверхпроводников при рекордно высоких температурах сверхпроводимости и при более низком давлении.