• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
18 июня
Сколтех
8
22 489

У нового соединения лантана с водородом при высоком давлении обнаружили свойства «странного» металла

4.4

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

Структура A15 супергидрида лантана La4H23 (в центре), сверхпроводящие флуктуации в нем (слева) и фазовая диаграмма в сильных магнитных полях (справа) / © Дмитрий Семенок, Сколтех

Результаты исследования опубликованы в журнале National Science Review. Полигидриды — новый класс соединений, которые синтезируют при давлении, превышающем атмосферное приблизительно в миллион раз. У полигидридов наблюдаются уникальные свойства сверхпроводимости: рекордно высокие критические температуры — до −23 градусов в случае декагидрида лантана LaH10, верхние критические магнитные поля до 300 тесла [как в (La,Y,Ce)H9+] и критические плотности тока.

Однако даже по сравнению с другими аналогичными гидридами новое соединение La4H23 ведет себя весьма необычно: в определенном диапазоне давлений его температурный коэффициент электрического сопротивления падает до отрицательных значений. Это означает, что, в отличие от обычных металлов, с понижением температуры его электрическое сопротивление не уменьшается, а растет, также как у полупроводников и многих высокотемпературных сверхпроводников, в частности купратных.

«Первоначально гидриды структурного типа A15 были экспериментально обнаружены в системе „европий — водород“. Затем их нашли в системах „барий — водород“ и „лютеций — водород“. В последней образуется интересный сверхпроводящий гидрид Lu4H23. Мы провели первопринципные расчеты, чтобы определить термодинамическую устойчивость этих структур, и пришли к выводу, что такое же соединение должно существовать и в системе „лантан — водород“. Более того, оно должно иметь еще более высокую критическую температуру сверхпроводимости», — рассказывает один из ведущих авторов статьи, аспирант программы «Вычислительные системы и анализ данных в науке и технике» Сколтеха, инженер-исследователь Григорий Шутов.

У синтезированного гидрида лантана La4H23 были обнаружены и другие необычные свойства. Как правило, в магнитных полях происходит уширение области перехода в сверхпроводящее состояние. Поскольку магнитное поле создает неоднородности в концентрации куперовских пар в объеме сверхпроводника, отдельные области образца переходят в сверхпроводящее состояние позже других, создавая эффект «растягивания» перехода по температурной шкале.

Подобный эффект можно наблюдать у таких известных материалов, как диборид магния, оксид иттрия-бария-меди, оксид висмута-стронция-кальция-меди, и многих других. У полигидридов, наоборот, почти никогда не происходит значительного уширения области сверхпроводящего перехода, что весьма удобно при проведении экспериментов. Отсутствие уширения связано с тем, что магнитные вихри, также называемые вихрями Абрикосова, жестко привязаны к структурным неоднородностям внутри полигидрида и не вносят дополнительных возмущений к уже существующим дефектам решетки. С новым супергидридом лантана дело обстоит иначе: у него неожиданно обнаружилось сужение области перехода в сверхпроводящее состояние. И пока неясно, чем это можно объяснить.

Один из ведущих авторов исследования, выпускник аспирантуры Сколтеха по направлению «Науки о материалах», сотрудник китайского Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления (HPSTAR) Дмитрий Семенок отмечает: «Наблюдая за столь необычным поведением нового полигидрида, мы решили исследовать влияние сильных импульсных магнитных полей на это соединение. Исследование образца, полученного нашими коллегами из Цзилиньского университета в камере с алмазными наковальнями, привело нас к еще одному интересному открытию».

Оказалось, что в мощных импульсных магнитных полях с индукцией до 68 тесла у синтезированного супергидрида лантана наблюдается значительное отрицательное магнитосопротивление, что указывает на наличие у этого соединения аномальных свойств металла. В целом для металлов характерно положительное магнитосопротивление из-за большей длины траекторий движения электронов в магнитном поле, а отрицательное магнитосопротивление встречается очень редко.

Исключение составляют купраты и некоторые другие высокотемпературные сверхпроводники, находящиеся в так называемой псевдощелевой фазе, когда могут, например, иметь место значительные сверхпроводящие флуктуации, которые, хоть и оказывают заметное влияние на магнитотранспортные свойства материала, но недостаточны для достижения сверхпроводимости по всему объему образца.

«Мы пока еще далеки от понимания всех процессов, определяющих физические свойства супергидридов. Однако с каждым годом появляются все новые свидетельства того, что, несмотря на различия в механизмах спаривания электронов, гидриды имеют много общего с высокотемпературными сверхпроводниками, такими как купраты», — добавляет Семенок. Сочетая в себе свойства обычных и высокотемпературных сверхпроводников, гидриды выступают в качестве связующего звена между различными классами сверхпроводящих материалов. Ученые планируют продолжить изучение различных типов супергидридов в условиях сильного магнитного поля, уделяя особое внимание их «страннометаллическому» поведению.

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
5 часов назад
Редакция Naked Science

Новый анализ настроений жителей Великобритании старше 40 лет, показал, что горожане имеют более низкий уровень благополучия, удовлетворенности социальным и материальным положением по сравнению с жителями сельской местности. Но есть нюанс.

Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

Вчера, 15:14
Редакция Naked Science

Ожирение за последние 50 лет стало встречаться втрое чаще и заняло устрашающую пятую позицию в причинах смерти. Не отстает от него и диабет второго типа. Исследователи из Мичиганского университета предложили новый метод пятикратного увеличения эффективности в снижении аппетита и потере веса.

17 июля
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

19 июля
Юлия Трепалина

Так называемый думскроллинг, или болезненное погружение в новостные ленты с преобладанием негатива, не просто вгоняет в стресс. Международная группа специалистов в области психологии и поведенческих наук выяснила, что такая манера потребления новостного контента способна провоцировать более глубокую экзистенциальную тревогу, ощущение бесцельности жизни и даже ненависть к людям.

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.

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.

12 июля
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.

[miniorange_social_login]

Комментарии

8 Комментариев
> −23 градусов... Может: 23К?
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