В науке нет единого мнения и стройной теории, которая могла бы привести к открытию сверхпроводимости при комнатной температуре и обычном давлении. Удивительно, учёные знакомы со сверхпроводимостью свыше 100 лет, но поиск новых материалов всё ещё идёт наугад. Поэтому открытие группы российских и китайских учёных обещает чуть больше удачи в поиске практической сверхпроводимости — они обосновали, где и как лучше её искать.
Источник изображения: Pixabay
Если говорить о работе в целом, результаты которой удостоились публикации в престижном издании Nature Communications, то исследователи из Цзилиньского университета, Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления (Китай) и Сколковского института науки и технологий синтезировали полигидрид лантана-церия — вещество, которое может упростить дальнейшие исследования сверхпроводников. На примере этого материала учёные показали, как можно менять кристаллическую структуру материала, чтобы двигаться как в сторону снижения рабочего давления сверхпроводника, так и по пути повышения рабочей температуры.
Полигидриды — это вещества с очень высоким содержанием водорода. В эту группу, в частности, входит текущий рекордсмен по высокотемпературной сверхпроводимости — полигидрид лантана LaH10 с критической температурой −23 °C. К сожалению, он нестабилен при давлении меньше 1,5 млн атмосфер. С другой стороны есть купраты. Среди них сверхпроводник, который работает при обычном атмосферном давлении, но при этом требует охлаждения до −140 °C.
Традиционно поиски сверхпроводящего материала среди полигидридов лантана и церия велись раздельно. Между тем, атомы этих веществ могут заменять друг друга в кристаллической решётке. Это позволяет находить такие комбинации, которые будут стабильными в смешанном составе, тогда как по отдельности они остаются нестабильными. Тем самым смешанные составы полигидридов лантана-церия могут подбираться таким образом, чтобы они показывали сверхпроводимость при более высокой температуре и более низком давлении. Так шаг за шагом можно выйти на желаемую комнатную сверхпроводимость, хотя от полигидридов, в целом, именно этого учёные не ожидают.
В своей работе российские и китайские учёные показали, что комбинированный материал показал устойчивость при давлении 1 млн атмосфер и охлаждении до −97 °C, хотя первоначальная структура (LaH10) была стабильна лишь при 1,5 млн атмосфер и охлаждении до −140 °C. При этом добавление до 30 % церия к базовому составу придало атомарной структуре вид, свойственный гексагональному кристаллу CeH9. Таким образом, комбинируя составы можно двигаться в сторону практической сверхпроводимости, уверены учёные.
«Полигидриды — настоящее эльдорадо для фундаментальных исследований сверхпроводников под давлением, — сказал один из авторов работы профессор «Сколтеха» Артём Оганов. — И в своей работе мы, с одной стороны, проверяем и совершенствуем приёмы и инструменты, необходимые для поиска сверхпроводников в широком смысле. С другой стороны, мы нашли сравнительно неприхотливый материал для дальнейших исследований».
На очереди исследование других полигидридов — кальция, иттрия, лантана и магния.