• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15 августа
Сколтех
1 707

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

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
Позавчера, 12:38
Ольга Иванова

Американские исследователи узнали, что продолжительность жизни пенсионеров зависит не столько от наличия у них хронических заболеваний, сколько от таких простых факторов, как возможность ходить в магазин за продуктами, выполнять уборку в доме, показатели мелких частиц холестерина в крови и вредные привычки, которые они имели ранее.

Вчера, 16:24
Михаил Орлов

Белки рыб, обитающих у дна океана под большим давлением, оказались защищены молекулами триметиламиноксида. Это соединение хорошо связывает воду и не позволяет биологическим молекулам терять правильную трехмерную форму и разрушаться.

Вчера, 12:51
Мария Азарова

В этом году премия досталась Алену Аспе, Джону Клаузеру и Антону Цайлингеру.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

Позавчера, 12:38
Ольга Иванова

Американские исследователи узнали, что продолжительность жизни пенсионеров зависит не столько от наличия у них хронических заболеваний, сколько от таких простых факторов, как возможность ходить в магазин за продуктами, выполнять уборку в доме, показатели мелких частиц холестерина в крови и вредные привычки, которые они имели ранее.

2 октября
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

6 сентября
Александр Березин

Нашей планете 4,5 миллиарда лет, и 539 миллионов лет на ней тянется эра «явной жизни» (фанерозой) — то есть такой, когда на планете есть крупные, высокоорганизованные животные. Сам собой возникает вопрос: быть может, среди них был разум?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: