Новый материал облегчит поиск «комнатных» сверхпроводников

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Новость | IXBT Market

Учёные 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. С точки зрения необходимого охлаждения и сжатия новый полигидрид представляет собой компромисс между аналогичными соединениями двух этих металлов по отдельности, и на нём легче ставить эксперименты. Конечная цель — найти материал, который будет проводить электрический ток без сопротивления при комнатной температуре и атмосферном давлении. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Один из больших нерешённых вопросов современной физики — существует ли материал, который проводит электрический ток без сопротивления при обычном давлении и температуре? Такой сверхпроводник мог бы лечь в основу сверхбыстрых микрочипов, линий электропередачи без потерь энергии и мощных электромагнитов для поездов на магнитном подвесе, а может, и реакторов управляемого термоядерного синтеза.

В поиске «комнатного» сверхпроводника учёные исследуют несколько классов материалов, постепенно добиваясь, чтобы они были устойчивы при более низких давлениях и работали при более высоких температурах. Одна из таких групп материалов — полигидриды, вещества с очень высоким содержанием водорода. К ней относится текущий рекордсмен по высокотемпературной сверхпроводимости — полигидрид лантана LaH10 с критической температурой −23 °C. Но есть подвох: он нестабилен при давлении меньше 1,5 млн атмосфер. И наоборот: лучший результат среди веществ класса купратов принадлежит сверхпроводнику, который вовсе не требует сжатия. Зато он требует охлаждения до −140 °C.

Автор: Midjourney

Учёным из Сколтеха и их китайским коллегам удалось ослабить требования к сжатию высокотемпературных полигидридных сверхпроводников. В частности, коллектив исследовал поведение системы «лантан — водород» при добавлении некоторого количества церия (до 30%). Для этого сплав лантана и церия помещали в ячейку с алмазными наковальнями и нагревали в присутствии аминоборана: алмазы обеспечивали необходимое давление, а аминоборан разлагался с выделением большого количества водорода, который и реагировал со сплавом. Результат — новый сверхпроводящий полигидрид.

Лантан и церий — родственные элементы, атомы которых образуют похожие соединения и зачастую могут подменять друг друга. Но если говорить именно о сверхпроводниках, то таковыми являются LaH10 и CeH10, а также CeH9, а вот фаза LaH9 почти не наблюдается в экспериментах. Авторы новой статьи в Nature Communications решили проверить гипотезу: неустойчивую фазу, в частности LaH9, можно стабилизировать правильно подобранной примесью (в данном случае — церием), при условии что будет иметь место перестройка структуры исходного материала. Ровно так и получилось.

Один из авторов исследования, профессор Сколтеха Артём Оганов, объясняет: «Под очень высоким давлением водород заполняет пустоты в кристаллической решётке чистого лантана с образованием супергидрида LaH10. Но если заменить примерно четверть атомов лантана на церий, то структура меняется и принимает вид, знакомый нам по гексагональному кристаллу CeH9. Таким образом, введение третьего элемента вызвало перестройку по сравнению с чистым полигидридом лантана, и это действительно стабилизировало систему: если LaH10 устойчив при 1,5 млн атмосфер, то нашему полигидриду достаточно давления 1 млн атмосфер, примерно как полигидридам церия, только они являются сверхпроводниками лишь при −140 °C, а нашему веществу хватает охлаждения до −97 °C. То есть это неплохой компромисс, а главное — подтверждение того, что логика наших рассуждений верна и мы движемся в правильном направлении».

Учёный придаёт большое значение проверке и уточнению правил для направленного и систематического поиска новых сверхпроводников, поскольку работает в области, в которой не так давно многие сомневались, что так называемая конвенциональная сверхпроводимость, в том числе в полигидридах, вообще может существовать при температурах выше порядка −230 °C. Однако уже взята планка на 200 градусов выше. Сами по себе полигидриды, по мнению Оганова, едва ли выйдут за пределы физики высоких давлений, а именно устойчивость при атмосферном давлении является необходимым условием для масштабных применений в поездах, линиях электропередачи и т. п. Но их изучение позволяет лучше понять принципы, следование которым приведёт нас к «комнатной» сверхпроводимости на базе других веществ.

«Полигидриды — настоящее эльдорадо для фундаментальных исследований сверхпроводников под давлением, — добавляет 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».

Соавтор научной статьи, выпускник аспирантуры Сколтеха Дмитрий Семенок, добавляет: «Наша работа интересна, помимо прочего, следующими экспериментальными наблюдениями. Некоторые образцы гидридов лантана-церия демонстрируют отрицательный температурный коэффициент электрического сопротивления в нормальном состоянии. Кроме того, критическая температура в этих сверхпроводниках зависит от направления магнитного поля, а значит, вопреки тому, что задействованы разные механизмы сверхпроводимости, эти гидриды оказываются весьма близки к купратам, в которых появление участка с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления является обычным явлением».

Наконец, на вопрос о других перспективных для исследования полигидридах учёные отвечают, что на данный момент наибольший интерес представляют полигидриды кальция, иттрия, лантана и магния.

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

6 комментариев

a
Помнится, еще во времена моей молодости говорили о массовых высокотемпературных сверхпроводниках, как о деле нескольких будущих лет. Прошло уже лет 40, а обещания все те же.
S
Почему же. Их изобрели. Они применяются. Они высокотемпературны относительно жидкого гелия.
h
Рука неправильной формы с 6 пальцами держит непонятное нечто. Отличная иллюстрация))))))
395996351575@odnoklassniki
Новость создавалась какой-нибудь нейросетью, как и картинка.
a
-140 градусов по моему реальней чем 1,5 млн атмосфер

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Нейтронные звёзды перед столкновением деформируются не так, как считалось: физики обнаружили три релятивистских механизма, которых не было в моделях

Нейтронная звезда — один из самых плотных объектов во Вселенной. При диаметре около двадцати километров её масса составляет порядка полутора солнечных. Вещество внутри сжато до...

Недостроенный детектор на дне моря поймал нейтрино, которое не смог поймать IceCube. Новая физика или случайность?

В феврале 2023 года детектор ARCA — часть строящегося на дне Средиземного моря нейтринного телескопа KM3NeT — зарегистрировал частицу экстремальной энергии. Мюон прошил...

Обзор увлажнителя воздуха РЕДМОНД HF2213S: Создай свой климат со смартфона

Увлажнение воздуха в доме особенно важно в отопительный сезон, когда окна обычно закрыты, а горячие батареи сильно сушат воздух. Увлажнитель помогает поддерживать оптимальную влажность без лишних...