Новые супергидриды церия открывают путь к созданию «идеальных» сверхпроводников

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 ее можно либо при экстремально низких температурах (не выше 135 К, что соответствует −138 градусов Цельсия), либо при экстремально высоком давлении (в 2019 году ученые установили, что гидрид лантана LaH₁₀ становится сверхпроводником при температуре −23 градусов Цельсия 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 градусов Цельсия 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.

«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). 

Сколтех

431 статей

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Показать больше