• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15.08.2022
Сколтех
1
1 802

Ученые узнали, как магнитные примеси влияют на самый известный гидридный сверхпроводник

4.6

Специалисты из Сколтеха, Физического института имени П. Н. Лебедева РАН и их коллеги из США, Германии и Японии провели серию экспериментов с супергидридом лантана при наличии магнитных и немагнитных примесей. Исследование закладывает основы для дальнейшего изучения сверхпроводящих материалов, обладающих нулевым сопротивлением при комнатной и близких к ней температурах и имеющих перспективы применения в самых разных областях — от сверхпроводящей электроники, квантовых компьютеров и поездов на магнитной подушке до аппаратов МРТ, ускорителей частиц и, возможно, ядерных реакторов и линий электропередач.

Ученые узнали, как магнитные примеси влияют на самый известный гидридный сверхпроводник / ©Getty images / Автор: Sycophanta Duccius

Статья опубликована в журнале Advanced Materials. Сверхпроводники, работающие при температуре, близкой к комнатной, относятся к числу наиболее востребованных материалов для технологических приложений. Если такие соединения будут открыты, они позволят создавать, например, сверхмощные электромагниты, которые найдут применение для фундаментальных и прикладных научных исследований.

Другие возможные приложения таких сверхпроводников — медицинские технологии (более совершенные МРТ-сканеры), поезда на магнитной подушке, миниатюрные моторы и генераторы, гаджеты на аккумуляторах с длительным сроком службы и, наконец, линии электропередачи большой протяженности для доставки электроэнергии практически без потерь.

Теоретически лучшим высокотемпературным сверхпроводником должен быть чистый водород при условии его сильного сжатия до состояния металла, что само по себе является крайне сложной задачей. Поэтому в качестве альтернативы рассматриваются соединения, которые помимо большого количества водорода содержат дополнительные элементы. При этом приходится жертвовать повышением температуры, чтобы снизить давление до технически достижимого уровня, обеспечивающего стабилизацию сверхпроводника.

«В настоящее время рекордсмен среди высокотемпературных сверхпроводников — супергидрид лантана, критическая температура которого составляет минус 23 градуса по Цельсию», − рассказывает руководитель исследования, профессор Сколтеха Артем Оганов. «Это очень высокий результат, но, чтобы поднять температуру еще выше, нужно было понять механизм сверхпроводимости этого материала. Теперь этот механизм нам понятен».

Существует много теоретических механизмов, которые могут обеспечить нулевое электрическое сопротивление (сверхпроводимость). Наиболее изученный из них связан с взаимодействием между электронами и колебаниями кристаллической решетки, которые называются фононами. Использование общепринятой теории для этой, электрон-фононной, сверхпроводимости позволит получить еще более совершенные сверхпроводники на основе соединений водорода с двумя тщательно подобранными элементами.

«Вся проблема в том, что до сих пор было непонятно, какие именно тройные составы позволят улучшить сверхпроводящие свойства полигидридов. В результате сохранялась достаточно высокая степень неопределенности, тормозившая прогресс в поисках сверхпроводимости при температурах, близких к комнатной. Нам удалось устранить эту неопределенность и открыть путь для дальнейших исследований», — добавляет профессор Оганов.

Его команда установила поведение сверхпроводимости в супергидриде лантана, используя хорошо известную теорему Андерсона. Согласно этой теореме, у обычных (электрон-фононных) сверхпроводников, и только у них, при введении немагнитной примеси сверхпроводящие свойства не меняются, а при введении магнитных примесей критическая температура сверхпроводимости резко снижается.

Процесс рассеяния куперовских пар на магнитной примеси (Nd) в структуре супергидрида лантана / ©Дмитрий Семенок (Сколтех)

«В одной из предыдущих статей мы показали, что использование в качестве примеси немагнитного иттрия не влияет на критическую температуру сверхпроводимости LaH10. Затем мы решили добавить к этому супергидриду магнитный неодим. Оказалось, что при увеличении количества атомов неодима сверхпроводимость существенно подавлялась и полностью исчезала, когда содержание неодима достигало около 15-20 атомных процентов», − рассказывает первый автор исследования, аспирант Сколтеха Дмитрий Семенок.

По мнению ученых, теперь стало ясно, как примеси влияют на сверхпроводимость гидридов, а это позволит точнее направлять поиск новых сверхпроводников. Ученые планируют использовать полученные в этой работе выводы для предсказания, синтеза и тестирования новых тройных полигидридов с целью получения веществ с увеличенной критической температурой и/или пониженным давлением синтеза.

Исследования аномальных гидридных соединений помогли значительно продвинуться вперед в понимании механизма сверхпроводимости. В исследовании активно использовалась компьютерная программа USPEX, разработанная профессором Огановым для предсказания ряда аномальных соединений, существующих при высоких давлениях.

Исследование проводилось при участии ученых Сколтеха, Института кристаллографии имени А. В. Шубникова РАН, Физического института имени П. Н. Лебедева РАН, Центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф, Университета штата Флорида, Осакского университета и Всероссийского научно-исследовательского института автоматики имени Н. Л. Духова. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 11:32
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

11 часов назад
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

Вчера, 14:55
Татьяна

Американские астронавты давно жалуются на систему ассенизации в скафандрах, которая представляет собой просто большой подгузник. Хватает его максимум на восемь часов, есть риск развития опрелостей и инфекций. К тому же в костюме мало запасов питьевой воды. Чтобы решить эти проблемы, ученые предложили более эффективный способ утилизации продуктов метаболизма.

Вчера, 11:32
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

10 июля
Татьяна

Ученые из Китая проанализировали состав древнейших цирконов с помощью машинного обучения. В этих минералах хранится информация о процессах в недрах планеты. По мнению авторов нового исследования, все указывает на то, что перемещения плит в литосфере происходили уже в катархее, 4,2 миллиарда лет назад, то есть гораздо раньше предыдущих оценок.

8 июля
Полина Меньшова

Ученые из Великобритании предложили психофизиологическую модель, объясняющую, как именно физические упражнения облегчают симптомы депрессии. Особенно она применима к аэробной нагрузке, например ходьбе, подъему по лестнице, бегу.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий
-
0
+
На всякий случай. Собственно синтез гидрида в камере высокого давления и рентгеноструктурный анализ был сделан сотрудниками Института кристаллографии имени А.В. Шубникова ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН. Без этого ничего бы не получилось Куда делось упоминание нашей организации в начале статьи, и что означает "при участии" в конце - не очень понятно. Убедительная просьба подредактировать текст. И фото... при чём тут проводная сборка из классических бронзовых сверхпроводников? Если это не медь вообще.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно