На пути к «идеальным» сверхпроводникам: уникальные свойства супергидридов церия

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 °С), либо при экстремально высоком давлении (в 2019 году ученые установили, что гидрид лантана LaH10 становится сверхпроводником при температуре −23 °С и давлении в 1,7 миллиона атмосфер, а в 2020 году сверхпроводимость была обнаружена у вещества с неизвестным составом в системе S-C-H при температуре +15 °С и давлении в 2,7 миллиона атмосфер). Ученые ведут активный поиск соединений, обладающих сверхпроводимостью при температурах, близких к комнатной, но не требующих 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. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

«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 в статье.

«Ранее мы установили, что между положением элемента в Периодической системе Менделеева и сверхпроводимостью 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 по соседству, и гидриды этих элементов являются высокотемпературными сверхпроводниками, но ведут они себя по-разному: LaH10 переходит в сверхпроводящее состояние при более высоких температурах, в то 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 у нас 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 и Центра перспективных исследований и технологий высокого давления (КНР).

Материал предоставлен пресс-службой Сколтеха