Физики впервые наблюдали сверхпроводимость при комнатной температуре

❋ 7.2

Кристалл из метана и гидрида серы под сверхвысоким давлением сохранял сверхпроводимость при температуре выше нуля градуса Цельсия.

Физика

# высокотемпературная сверхпроводимость

# кристалл

# сверхвысокое давление

# сверхпроводимость

# сверхпроводник

Камера с алмазной наковальней, в которой физики исследовали образец кристалла / Snider, Dias et al., Nature, 2020 / Автор: Владимир Богданов

Исследователи из Рочестерского университета в штате Нью-Йорк, США, смогли добиться сверхпроводимости в твердом материале при температуре 15 градусов Цельсия. Статья об этом опубликована в Nature.

Способность материалов проводить электрический ток при нулевом сопротивлении ранее считалась свойством, которое можно наблюдать лишь при сверхнизких температурах, близких к абсолютному нулю. Однако начиная с 1980-х ученые обнаружили ряд соединений, которые демонстрировали сверхпроводимость при более высоких температурах — до минус 109 градусов Цельсия.

Но есть и другой способ получить сверхпроводимость в материале — сверхвысокое давление. При давлении свыше одного миллиона атмосфер многие вещества (в основном гидриды различных элементов) демонстрировали сверхпроводимость при температурах до минус 23 градусов Цельсия. А следовую сверхпроводимость физики обнаруживали даже при минус 13 градусах.

И вот теперь новый рубеж — сверхпроводимость при комнатной температуре — официально перейден. Группа физиков под руководством Ранги Диаса зафиксировала сверхпроводимость в кристалле на основе сероводорода H₂S и метана СH₄ при температуре 287,7 Кельвина (около 15 градусов выше нуля по Цельсию).

Установка для изучения сверхпроводников при высоком давлении / A.Fenster, 2020

Углеродистый гидрид серы был выбран учеными для эксперимента, поскольку уже давно известно, что и метан, и сероводород могут образовывать устойчивые соединения с водородом при сверхвысоком давлении. В опытах, поставленных Диасом и его коллегами, максимальное избыточное давление, которому подвергли кристалл, составило более 2,6 миллиона атмосфер.

Материал для проведения эксперимента был получен благодаря фотохимической реакции — превращению, инициированному светом. Даже при относительно низком давлении молекулы метана и сероводорода выстраивались в своеобразные цепочки благодаря Вандерваальсовым силам межатомного взаимодействия. При последующем сжатии эти цепочки формировали структуры типа «хозяин — гость», с гидридными матрицами и водородными включениями в них. Когда давление достигает миллионов атмосфер, эти структуры превращаются в единую кристаллическую матрицу.

Кристаллическая структура сверхпроводящей фазы включения кристалла. В тройной системе часть молекул H₂S в этой структуре заменяется молекулами метана / Snider, Dias et al., *Nature*, 2020

Изучить сверхпроводимость кристалла удалось при помощи ячейки с алмазной наковальней, в которой образец фиксируется в просвете между двумя алмазами. Состав и структуру оценивали при помощи рентгенографии и рамановской спектроскопии; критические параметры сверхпроводимости замеряли по изменениям магнитной восприимчивости и электромагнитного сопротивления образца.

Сверхпроводящее состояние в углеродистом гидриде серы наблюдалось при довольно широком диапазоне давлений: от 1,4 до 2,8 миллиона атмосфер. Оптимальное соотношение водорода, углерода и серы в сверхпроводящем кристалле — 1:1:1.

Авторы работы считают, что дальнейшие эксперименты с составом тройных гидридов для получения сверхпроводников позволят повысить критическую температуру процесса. Однако более важная задача на данный момент — снижение давления, при котором явление можно наблюдать при комнатных температурах.